Ek4nesilnuksant

ekKapakKasim

24/11/07

14:28

Page 1

4. nesil nükleer santraller

ARALIK 2007 SAYISININ ÜCRETS‹Z EK‹D‹R Prof. Dr. Vural Alt›n TÜB‹TAK Bilim ve Teknik Dergisi Yay›n Kurulu Üyesi

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 2

NÜKLEER ENERJ‹N‹N Küresel enerji: 2006 y›l› itibariyle Dünya’n›n 6,5 milyar› bulan nüfusu, 450 EJ enerji (1 EgzaJoule = 1018 Joule) tüketti. Baz› devletler ayr›nt›l› istatistik tutmad›klar›ndan, bu rakamlar yaklafl›k. 450 EJ enerji, petrolün kütlesel enerji yo¤unlu¤u kg bafl›na 45 ‘milyon joule’ (MJ) olarak al›n›rsa, 10 milyar ton petrole eflde¤er. Bu miktar enerji, y›l boyunca sabit h›zla tüketildi¤i varsay›l›rsa, insanl›¤›n 14 ‘trilyon watt’ (TW) güç düzeyinde çal›flt›¤›na iflaret ediyor. Dolay›s›yla, kifli bafl›na tüketim aç›s›ndan dünya ortalamas› 70 ‘milyar joule’ (GJ) ve 2,2 kW güce karfl›l›k geliyor. Yetiflkin bir insan›n metabolizmas› 120 W ›s›l güce sahip %15 verimle çal›flan bir sistem oluflturdu¤una ve örne¤in otomobil motoru gibi tipik bir makina %25 kadar verimle çal›flt›¤›na göre; ortalama dünya insan›, emrinde 30 kadar ‘insan eflde¤eri enerji robotu’ çal›flt›rmakta. Yani, Dünya’daki fiziksel ifllerin hemen tamam›, enerji makinalar› taraf›ndan yap›l›yor ve bu aç›dan, insan eflde¤eri ‘etkin nüfus’ 200 milyar civar›nda. Verimlilik oran› elektrikli motorlar için çok daha yüksek oldu¤undan, bu rakam asl›nda daha da büyük. Fakat, önemli olan flu ki; insan›n fiziksel ifllere mahkum olmas›, yap›s›na ve do¤as›na uygun olmad›¤› gibi, ekonomik aç›dan da anlams›z bir durum.

Nitekim, toplam enerji tüketiminin %68’inden, dünya nüfusunun %15’ini

fiekil 1. (1 Btu = 1055 Joule)

B‹L‹M ve TEKN‹K

2

Aral›k 2007

oluflturan geliflmifl ülkeler sorumlu.

Kalan %32’si, %85 nüfus pay›na sahip bulunan geliflmekte olan ülkelere ait.

Dolay›s›yla, kifli bafl›na ortalama tüketim, geliflmifl ülkelerde 250 GJ/y›l (7,9 kW). Di¤erlerinde ise 25 GJ/y›l (0,8 kW) kadar. Bu dengesizlik nedeniyle, kifli bafl›na çal›flt›r›lan ‘robot’lar›n say›s›, geliflmifl ülkelerin baz›lar›nda 160’› buluyor. Tek bafl›na dünya enerji tüketiminin dörtte birinden sorumlu olan ABD, 200 milyarl›k ‘etkin nüfus’un 50 milyar›n› oluflturmakta.

Enerjinin ak›lc› kullan›m› aç›s›ndan iyi bir örnek oluflturmamakla beraber, bu sayede o denli etkin... Öte yandan, tüketimin %80’ine yak›n› üç fosil yak›ttan türetilmifl. Yani, insanl›¤›n ifl yapma yetene¤inin %80’i, petrol, kömür ve do¤al gaza ba¤l›. Daha do¤rusu, bu unsurlar›n kütlece tamam›na yak›n›n› oluflturan, sadece iki atoma; karbon ve hidrojene dayal›. Fosil yak›t ziyafetinde, petrol %39 payla bafl› çekiyor. Kömür ve do¤al gaz, yaklafl›k %24’er payla petrolü izliyor. Tüketilen miktarlar, yaklafl›k olarak; 4,9 ‘milyar ton’ (Gt) kömür, 30 milyar varil (3,8 Gt) petrol ve 2,8 trilyon metreküp do¤al gaz. Birincil enerji tüketiminin bilefliminde, yenilenebilir ve nükleer kaynaklar, %7,8 ve %6,5’lik paylarla, dördüncü ve beflinci s›rada gelmekte.

Elektrik: Elektrik enerjisi 2006 y›l› itibariyle, toplam enerji tüketiminin %18’ini oluflturmufl. Birincil enerji ar-

z›n›n üçte birinden fazlas› elektrik üretiminde kullan›lm›fl ve 3,64 ‘trilyon watt’l›k (TW) kurulu güçle, 15 trilyon kWh üretim yap›lm›fl. Bunun %70’i fosil yak›tlara dayal›. Dolay›s›yla kifli bafl›na dünya ortalamalar›, y›l boyunca 560 W güç ve 2300 kWh tüketim düzeyinde. Fakat, elektri¤in tüketimi, birincil enerji tüketiminden daha da dengesiz. Toplam›n %80’i, dünya nüfusunun %15’ini oluflturan geliflmifl ülkelerin, kalan %20’si de, %85 nüfus pay›na sahip bulunan geliflmekte olan ülkelerin insanlar› taraf›ndan tüketilmifl. Kifli bafl›na y›ll›k tüketim, Bat› Avrupa’da 9.000 ve ABD’de 12.000 kWh’a ulafl›yor. Petrol zengini olan Nijerya’da ise, sadece 113 kWh. Yani 13 wattl›k bir ampulu y›l boyunca ayakta tutabilecek kadar. Dünyada halen 2 milyardan fazla insan›n elektri¤e ulafl›m› yok.

Bir o kadar›, gerilim kalitesi düflük ve kesintili güç imkan›na sahip.

Gelecek tahminleri: Dünya nüfusunun 2030 y›l›na kadar, giderek azalan bir h›zla art›p, 8,3 milyara ulaflmas› bekleniyor. Uluslararas› Enerji Ajans› IEA’n›n referans senaryosuna1 göre, halenki enerji tüketim kal›plar› hakimiyetini sürdürecek. Dünya ekonomisinin y›lda ortalama %3 büyüdü¤ü ve buna paralel olarak, enerji yo¤unlu¤unun tasarruflar arac›l›¤›yla y›lda %1 azalt›ld›¤› varsay›lacak olursa; dünya enerji talebi y›lda %2 oran›yla büyüyecek ve 2015’e kadar toplam %30 arta-

fiekil 2. (1 Btu = 1055 Joule)

K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 3

KÜRESEL GEREKÇELER‹ rak, 13 milyar ton petrol eflde¤eri 590 EJ’a, 2030’a kadar da %68 artarak, 17 milyar ton petrol eflde¤eri 760 EJ’a ulaflacak. Bu art›fl›n %70’ten fazlas›, Asya, Afrika ve Latin Amerika’n›n geliflmekte olan ülkelerinde, %30’u tek bafl›na Çin’den gerçekleflecek. Bu ülkelerin ekonomileri ve nüfuslar›, OECD ülkeleri ortalamas›ndan çok daha h›zl› büyüyor. Dolay›s›yla, küresel enerji talebinin a¤›rl›k merkezi bu co¤rafyalara do¤ru kaymakta. Bu ülkeler aras›nda en h›zl› büyüyen Çin ve Hindistan, geliflmelerini görece bol, fakat düflük kaliteli olan yerli kömür rezervlerine dayand›rmay› planl›yor.

fiekil 3

Elektrik, çok farkl› amaçlarla kullan›labilen, son kullan›m› temiz olan bir enerji formu. Bu sayede çok çeflitli ifl imkanlar›n› beraberinde getiriyor. Bu yüzden, küresel talebi genel enerjiye oranla, özellikle geliflmekte olan ülkelerde daha h›zl› artacak gibi görünmekte. Dolay›s›yla, IEA tahminlerine göre; dünya elektrik tüketiminin, y›lda ortalama %2,4 h›zla artmas› ve 2030 y›l›na kadar ikiye katlan›p 30 trilyon kWh’a ulaflarak, birincil enerji tüketimi içerisindeki pay›n› %22’ye ç›karmas› bekleniyor. O zaman dahi, 1,4 milyar insan hala elektriksiz olacak...

Mevcut e¤ilimlerin devam etmesi halinde, 2030 y›l›na kadarki tüketim art›fl›n›n %83’ü fosil yak›tlara dayal› olarak gerçekleflecek ve bu yak›tlar›n birincil enerji tüketimindeki pay› hafifçe art›p, %81’e ç›kacak. Kömür tüketiminin y›lda ortalama %2,5 h›zla artmas› ve halen 4,9 Gt/y›l olan tüketim h›-

z›n›n, 2030’a kadar ikiye katlanarak, 9,8 Gt/y›l’› bulmas› bekleniyor. Öngörülere göre, do¤al gaz›n tüketim h›z› biraz daha yavafl, y›lda %2,4 artarak; 2015’te 3,8 trilyon ve 2030’da da 5,15 trilyon metreküpe ulaflacak. Petrolün tüketimi ise, y›lda %1,6 ile, en düflük art›fl h›z›na sahip. 2015’te 98 varil/gün (4,5 Gt/y›l), 2030’da 118 varil/gün (5,5 Gt/y›l) de¤erlerine ulaflacak.

Kömür en bol kaynak oldu¤undan, görünür gelecek için fiyat›nda flafl›rt›c› art›fllar beklenmiyor. Fakat petrol fiyatlar› bask› alt›nda...

Rezervler: Fosil yak›t kaynaklar› biyololjik kökenli. Milyonlarca y›ll›k süreçlerde olufltular. Yenilenebilir de¤iller. Dolay›s›yla, varl›klar›n›n s›n›rl› olmas› gerekiyor. 1 Ocak 2006 itibariyle, dünyan›n mevcut teknolojilerle ç›kart›labilecek olan ‘bilinen rezervler’i, yaklafl›k olarak; 908 milyar ton kömür, 160 milyar ton eflde¤eri 1,3 milyar varil ‘al›fl›ld›k petrol’ ve 173 trilyon metreküp do¤al gaz.2 Dünya üzerinde homojen da¤›lm›fl olmad›klar› için; enerji kaynaklar›n›n dörtte bire yak›n›, petrolün ise yar›dan fazlas› uluslararas› ticarete konu. Üç fosil yak›t, toplam enerji ticaretinin %90’›n› oluflturmakta. Bu durum, enerji piyasalar›n›n istikar›n› ve temin güvenli¤ini, uluslararas› iliflkilerin belirleyici etkenlerinden birisi haline getiriyor. Bu aç›dan en önemli göstergelerden birisi; ‘bilinen rezervler’in, halenki y›ll›k tüketim h›z›na oran›. Bu oran; kömür için 185, petrol için 42, do¤al gaz için 62 y›l.3 Fakat, bu enerji yeterlili¤i göstergesi co¤rafyalar aras›nda, gerginliklere yol açabilecek kadar büyük farkl›l›klar sergilemekte.

Geçmifl saha deneyimlerine göre, gelifltirilmifl bir petrol alan›ndan sa¤lanan üretim, ‘Hubbert zirvesi’ denilen bir en yüksek de¤ere ulaflt›ktan sonra, bir çan e¤risi oluflturacak flekilde azal›yor. Benzer bir davran›fl, dünya çap›ndaki petrol üretimi için de sözkonusu. Nitekim, en büyük petrol rezervleri 1960’l› y›llar›n bafllar›nda keflfedilmifl iken; o zamandan bu yana, yeni keflfedilen petrol yataklar›n›n büyüklü-

¤ü giderek azalmakta. Bu keflifler yine de, daha küçük boyutlu olmalar›na ra¤men, rezervleri geniflleterek, ‘bilinen rezervlerin tüketim h›z›na oran›’n›, tüm zamanlar›n en yüksek de¤eri olan 42’ye yükseltti. Fakat 1990’lar›n sonlar›ndan beridir, her y›l keflfedilen yeni rezervlerin tutar›, y›ll›k tüketim h›z›n›n alt›nda seyrediyor. Dolay›s›yla, yak›n gelecekte üretim grafi¤inin yataylaflmas›yla sonuçlanacak olan bir üretim zirvesine flimdiden ulafl›lm›fl olmas› olas›l›¤› var.4 Nitekim, ‹skoçya’n›n Kuzey Denizi alanlar›ndaki petrol üretimi, 1990’larda zirveye ulaflt›ktan sonra azalmaya bafllad›. Benzeri bir durum, dünyan›n en büyük; örne¤in Kuveyt’in Burgan, Meksika’n›n Cantarell, Suudi Arabistan’›n Gavar gibi di¤er baz› petrol sahalar› için de sözkonusu. Çin, ülkedeki en büyük iki petrol sahas›ndaki üretimin azalaca¤›n› aç›klad›. IEA’n›n 2004 y›l› küresel enerji manzaras› de¤erlendirmesinde, dünyan›n en fazla petrol üreten 48 ülkesinden 33’ünde üretimin azalmakta oldu¤u bildiriliyor. Hubbert e¤risinde, fizikteki potansiyel enerji e¤risinden farkl› olarak; zirveye t›rman›fl, iniflten daha kolay. Çünkü inifl s›ras›nda, her yeni varilin ç›kart›lmas› giderek zorlaflmakta ve maliyet artmakta. Bu, sadece parasal terimlerle de¤il, ayn› zamanda ‘enerji maliyeti’ aç›s›ndan da böyle. Nitekim, 20. Yüzy›l’›n bafllar›nda yap›lan petrol kefliflerinde, her 100 varil petrolün aran›p bulunmas› ve ç›kart›l›p ifllenmesi için, 1 varil petrol harcan›yordu. Yani 100:1’lik bir kazanç oran›yla çal›fl›l›yordu. Bu oran 1920’lerde 50’ye indi. Halen 5 civar›nda oldu¤u tahmin edilmekte. Suudi petrol alanlar›nda 10... Üretim zirvesi civar›ndaki yataylaflma s›ras›ndaki talep art›fllar› ancak, fiyatlar›n sürekli olarak artmas›yla dengelenebilir. Halbuki, h›zla büyüyen ulaflt›rma sektöründeki s›v› yak›tlar, hemen tümüyle petrol ürünlerine dayal› ve bu sektör fiyat art›fllar›na karfl› duyars›z. Bu durumun mevcut arz kal›plar›n› zorlamas› kaç›n›lmaz. Dolay›s›yla, petrol fiyatlar›n›n, hem talebin yukar› çekifli, hem de artan maliyetleAral›k 2007

3

B‹L‹M ve TEKN‹K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 4

rin alttan itifli ile yükselmesinin beklenmesi gerekiyor. Üretim düflerken fiyatlar›n yükselmesi; öte yandan, fiyat art›fllar›na karfl› duyars›z davranan talebin artmas›, temin kal›plar›ndaki herhangi bir aksaman›n floka dönüflebilece¤ine iflaret etmekte. K›sacas›, petrol piyasalar› k›r›lgan ve oynak...

Do¤al gaz kendisini, baflta güç üretimi alan›nda olmak üzere, görece temiz bir seçenek olarak kan›tlad›. Üretiminin 2020’den sonra zirveye ulaflmas› bekleniyor. Yeni anlaflmalarda fiyat› petrole giderek daha a¤›rl›kl› bir flekilde endekslendi¤inden, piyasas› olgunlaflt›kça, fiyat›n›n petrol fiyatlar›n› daha yak›ndan izlemesi kaç›n›lmaz görünüyor.

fiekil 4

Bu iki yak›t üzerindeki bask›lar›n hafifletilmesi amac›yla, görece bol olan kömürün s›v›laflt›r›lmas› ve gazlaflt›r›lmas› teknolojilerinin gelifltirilmesi gündemde. Fakat bu ifllemler büyük miktarda süreç ›s›s› gerektirdi¤inden, birincil enerji talebini daha da artt›racaklar. Öte yandan, yerleflim alanlar›ndaki hava kirlili¤inin azalt›lmas›na yönelik olarak, hidrojene ulafl›m sektörünün gelecekteki enerji tafl›y›c›s› gözüyle bak›l›yor. Bu de¤erlendirme kamuoylar›nda seyrek olmayarak, hidrojenin ‘yak›t’ oldu¤u yan›lg›s›na yol açmakta. Halbuki, dünyam›zda serbest hidrojen yok: Ya hidrokarbonlarda ba¤l› halde, ya da suyun bilefliminde yer al›yor. Hidrokarbonlar ‘fosil yak›t’ olarak zaten kullan›lmakta. Suyun ise, hidrojenini ayr›flt›rmak için, enerji harcanarak parçalanmas› gerekiyor.

Hidrojen yak›ld›¤›nda tekrar su buhar›na dönüfltü¤üne göre, ortada suyla bafllay›p suyla biten bir döngü sözkonusu. Böyle bir kapal› döngüden net enerji elde etmek mümkün de¤il. Hatta, çevrim kay›plar› nedeniyle, elde edilecek olan hidrojenin içerdi¤inden daB‹L‹M ve TEKN‹K

4

Aral›k 2007

ha fazla enerjinin harcanmas› kaç›n›lmaz. Dolay›s›yla, hidrojenin do¤ada bulunan enerji kaynaklar›ndan, ek bir enerji maliyeti ödenerek üretilmesi gerekmekte. Bunun da, fosil d›fl› kaynaklar kullan›larak yap›lmas› laz›m. Çünkü, küresel ›s›nma endifleleri nedeniyle, fosil yak›t kullan›m›n›, Kyoto Protokolü ve uzant›lar› do¤rultusunda azaltmaya yönelik, giderek yo¤unlaflmakta olan uluslararas› çabalar var.

Emisyonlar: Saf karbonun yak›lan her gram›, 3,7 gram karbondioksit üretiyor. 2006 y›l›nda fosil yak›t kullan›m› nedeniyle atmosfere, 7,3 milyar ton karbon eflde¤eri 27 milyar ton karbondioksit sal›nd›. IEA’n›n görece muhafazakar tahminlerine göre, bu e¤ilim y›lda %1,7 oran›nda artarak devam edecek ve emisyon miktar› 2015 y›l›nda 33, 2030 y›l›nda 40 milyar tona ulaflacak.

Dünya’n›n ›fl›ma gücünün, ortalama yüzey s›cakl›¤›n›n dördüncü kat›yla orant›l› olmas› (σT4), iklime temelde, davran›fl› kolay de¤iflmeyen gürbüz bir yap› kazand›rmakta. Fakat, atmosferin opakl›¤›ndaki de¤iflimlerin, yüzey s›cakl›¤›ndaki sal›n›mlar›n genli¤inde önemli de¤iflikliklere yol açmas› olas›l›¤› var. Dolay›s›yla, insan›n do¤al karbon döngüsüne %1 kadar oldu¤u tahmin edilen görece s›n›rl› katk›s›n›n, do¤al dengeleri insan hayat›n› olumsuz flekilde etkileyecek yönde de¤ifltirmesi mümkün.

Nitekim, ‘sera gaz› etkisi’nin ana göstergesi olarak kullan›lan ‘atmosferdeki karbondioksit yo¤unlu¤u’nun

fiekil 5

geçmifl de¤erleri, Antarktika’da yap›lan EPICA ve Vostok buzul kay›t incelemelerinde, dolayl› yöntemlerle ölçüldü. Sonuçlar bu de¤erin, geçmifl 400.000 y›l boyunca, ‘hacimce milyondal›k oran’ (ppmv) olarak, 220 ile 280 aras›nda de¤iflti¤ini gösteriyor. Halbuki bu oran flimdi, son 650.000 y›l›n en yüksek de¤eri olan 380 ppmv’ye ulaflm›fl durumda. Uluslararas› ‹klim De¤iflikli¤i Paneli’nin (IPCC) çal›flmalar›, hakim e¤ilimlerin devam etmesi halinde, sözkonusu de¤erin 20-30 y›l içinde 450 ppmv’yi aflarak, ortalama küresel s›cakl›¤›n yüzy›l›n sonuna kadar 3.6 °C artmas›na yol açaca¤›na iflaret ediyor. Dolay›s›yla, bu art›fl› 445 ppmv de¤erinde durdurmak amac›yla; arazi kullan›m kal›plar›n›n ve tar›m uygulamalar›n›n de¤ifltirilmesi, bunun yan›nda, baflta güç üretiminden kaynaklanan bileflen olmak üzere, fosil yak›t emisyonlar›n›n azalt›lmas› hedeflenmekte. Bu hedefin 2030 y›l› itibariyle, dünya gayr›safi iç has›las›n›n %3’üne mal olaca¤› san›l›yor.5 Emisyonlar› azaltma stratejisinin önemli bir parças›, kömürü temiz yak-

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 5

ma ve karbondioksit yakalama teknolojilerinin gelifltirilmesi.

Fakat, herhangi bir enerji kayna¤›n›n çevre etkisini azaltmaya yönelik her çaba, beraberinde, o yak›ttan sa¤lanan enerji kazanc›n› azaltan ve dolay›s›yla kullan›lan miktar›n› artt›ran ek bir maliyet getirmekte. Dolay›s›yla, bu teknolojilerin; ucuz ve fakat düflük kaliteli kömür rezervlerini kullanmakta kararl› görünen geliflmekte olan ülkeler taraf›ndan pahal› bulunmalar› ve bu gerekçeyle, en fazla ihtiyaç duyuldu¤u co¤rafyalarda yayg›n flekilde kullan›lmamalar› olas›l›¤› var. Sonuç olarak, IPCC hedefinin enerji bilefleni, alternatif enerji kaynaklar›n›n daha büyük oranda devreye sokulmas›n› gerektiriyor.

Yenilenebilir kaynaklar: Yenilenebilir enerji kaynaklar›n›n ortak bir özelli¤i, da¤›n›k olmalar› ve tafl›d›klar› enerji yo¤unluklar›n›n, fosil yak›tlar›nkilere oranla çok düflük olmas›. Bu yüzden, büyük ölçekli ‘yo¤un’ üretim birimleri olarak çal›flan fosil yak›t santrallar›n›n ifllevini üstlenebilmeleri için; hidro hariç, büyük say›larla kurulmalar› gerekli ve mevcut flebeke yönetim araçlar›n›n henüz al›fl›k olmad›¤› bir flekilde, ‘da¤›t›k’ güç üretmeleri kaç›n›lmaz. ‹lgili enerji yo¤unluklar›ndan baz›lar› Tablo 1’de veriliyor. 1000 MWe gücündeki örnek bir santral için k›yaslamal› gereksinimler de Tablo 2’de...

fiekil 6

Bu kaynaklar›n en yayg›n olan› jeotermal. Fakat, elektrik üretimine elveriflli düzeyde yüksek s›cakl›klar görece seyrek. Rüzgar gücü de¤iflken, güneflinki ise kesintili. Buna ra¤men, artan fosil yak›t fiyatlar›, bu iki kayna¤›n güç sektöründe rekabet edebilir hale gelmesini sa¤lad›. Gerçekten de, flebekeye ba¤l› olarak rüzgar ve günefl enerjisine dayal› elektrik üretimi, düflük bir düzeyden bafllam›fl olmakla birlikte, h›zla büyüyor. Rüzgar halen, dünya genelinde 40 ‘milyar watt’ (GW) kurulu güce sahip. Uygulamada baflar›lan tipik kapasite kullan›m faktörleri; rüzgar için %30 civar›nda, günefl (fotovoltaik) için ise %20’nin alt›nda. Bu durum her iki kayna¤›n da; ya d›fl maliyetlerini artt›ran bir flekilde yedek sistemlerle, ya da halen küçük ölçekte pahal› olan, büyük ölçekte ise henüz var olmayan depolama teknolojileriyle desteklenmelerini gerektiriyor.

Hidro ve flebekeye ba¤l› di¤er yenilenebilir kaynaklardan yap›lan elektrik üretimi, do¤al gaz ve kömürünkine yak›n bir h›zla, y›lda %2,4 büyümekte. Bu art›fl h›z›n›n devam edece¤i ve yenilenebilir kaynaklar›n birincil enerji arz›ndaki pay›n›n, flimdiki %8’den, 2030 y›l›nda %9’a ç›kaca¤› san›l›yor. Bu art›fl›n büyük bir k›sm›, Çin ve Hindistan gibi, OECD d›fl› ülkelerde gerçekleflecek. OECD ülkelerinde ise, hidroelektrik kapasite zaten halen büyük oranda gelifltirilmifl oldu¤undan, as›l vurgu; rüzgar, günefl, jeotermal ve biyokütle üzerinde. Hedeflenen büyüme h›z› %3,3.

Biyoyak›tlar, baflta ulafl›m sektörü olmak üzere, önemli katk›larda bulunacak potansiyele sahipler. fiimdiden, tafl›mac›l›ktaki yak›t tüketiminin %1’ini sa¤l›yorlar ve bu pay›n, 2030 y›l›nda %4’e ve hatta, IEA’n›n alternatif senaryosuna göre %7’ye ulaflmas› mümkün. Etanolün üretim maliyetlerinin, biyodizelinkinden daha h›zl› düflmesi olas› görülüyor. Fakat her iki ürün de, tar›m ve otlak alanlar›yla rekabet halinde. Dolay›s›yla, %7 hedefi, yeni üretim teknolojilerinin gelifltirilmesini veya beslenme al›flkanl›klar›n›n ciddi flekilde de¤ifltirilmesini gerektirmekte.

Geçifl dönemi: Bilim, teknoloji ve refah alan›ndaki tüm çarp›c› baflar›lar›yla birlikte 20. Yüzy›l medeniyeti, fosil yak›tlar üzerine infla edildi. Tüketimlerindeki düzenli büyüme, aral›kl› inifllerle birlikte, yandaki flekilde görülmekte. Neredeyse 20. Yüzy›l’›n tarihini, bu görece eski grafikten okumak mümkün. K›rm›z› oklardan en soldaki birincisi, I. Dünya Savafl›’na karfl›l›k gelen inifle iflaret ediyor. ‹kincisi, dünya ekonomisinde 1929 y›l›nda patlak veren ‘Büyük Bunal›m’› izleyen düflüfle denk gelmekte. Üçüncüsü II. Dünya Savafl›’na karfl›l›k geliyor. 1973 Orta Do¤u Savafl› civar›nda küçük bir inifl daha var. Bunun ard›ndan; 1979 ‹ran Devrimi’yle bafllay›p, ‹ran-Irak Savafl›’yla devam eden ‘Petrol fioku’ geliyor.

Geçen yüzy›ldaki her zor dönem, küresel enerji kullan›m›nda bir azalmaya yol açm›fl. Dolay›s›yla, bu gözlemin tersinin de geçerli oldu¤unu varsaymak ve gelecekte, küresel enerji temin sistemlerinde yaflanacak aksamaAral›k 2007

5

B‹L‹M ve TEKN‹K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 6

lar›n, insanl›k tarihinin en karanl›k dönemlerine efllik etmesinin beklenmesi gerekir. Dünya fosil yak›tlara geçen yüzy›lda oldu¤u düzeyde ba¤›ml› olmaya devam etti¤i ve gelifli er ya da geç kaç›n›lmaz olan Hubbert zirvesine gere¤inden erken ulafl›ld›¤› takdirde; üretimin yataylaflmas›ndan sonraki aflama, kronik bir aksamaya eflde¤er sürekli bir inifl süreci oluflturaca¤›na göre; benzeri tarih sayfalar›n›n, çan e¤risinin inifl taraf›nda ola¤an durum haline gelmesi büyük olas›l›k.

K›sacas›; fosil yak›tlar, 20. Yüzy›l’da Dünya genelinde baflar›lan ekonomik geliflmenin temelini oluflturdular. Görece yüksek enerji yo¤unluklar›, h›zl› enerji ak›fllar›n› ve dolay›s›yla yüksek güç düzeylerini mümkün k›ld›lar. Dünya bu sayede; h›zla geliflip, büyük mesafe kaydetti. Fakat tüketilme h›zlar›n›n art›k, gelecek nesillere karfl› sorumluluk kapsam›nda; hem küresel ›s›nma sorununun a¤›rlaflmamas›, hem de yeterlilik sürelerini uzatacak flekilde tasarruflu kullan›lmalar›n›n sa¤lanmas› için azalt›lmas› gerekiyor. Bu amaçla, yenilenebilir enerji kaynaklar›ndan daha üst düzeyde yararlan›lacak. Fakat, yenilenebilir enerji kaynaklar›n›n, mevcut teknolojilerle kitlesel enerji gereksinimlerine yan›t verebilme ve fosil yak›tlar üzerine infla edilmifl olan yaflam biçimlerini ayakta tutabilme yetene¤i flimdilik yok gibi görünüyor. Fosil yak›tlar›n yerine büyük oranda kullan›labilmeleri; ya ekonomilerin büyüme h›zlar›n›n ‘sürdürülebilir’ düzeylere indirilmesini, ya da çevrim verimlerinin artt›r›l›p, büyük ölçekli depolama tekniklerinin h›zla gelifltirilmesini gerektirmekte. Dolay›s›yla, dünyam›z halen enerji konusunda; fosil yak›t bilefleninin afl›r› tüketiminden kaynaklanan çevre hasar› ve makul fiyatlarla enerji temin edebilme güvencesine sahip olamamak gibi iki tehditle birden, ayn› anda karfl› karfl›ya.

Hakim yaflam biçimlerde ve gelecekten beklentilerde önemli bir de¤ifliklik olmad›¤› takdirde, yenilenebilir enerji kaynaklar›n›n, daha yo¤un enerji kaynaklar›yla desteklenmeleri gerekli.

Nükleer enerji karfl›m›za bu ba¤lamda, seçenek olmaktan da öte, bir zorunluluk olarak ç›k›yor.

Nükleer: 1980’lerden bu yana eklenmifl olan kapasitenin küçüklü¤üne ra¤men, nükleer enerji, dünyan›n süB‹L‹M ve TEKN‹K

6

Aral›k 2007

rekli artagelen birincil enerji arz sistemindeki %6,5’lik pay›n› korudu. Bu, reaktörlerin yönetim tekniklerinin ve güvenlik sistemlerinin gelifltirilmesi sayesinde mümkün oldu. Örne¤in ABD’deki nükleer santrallar›n 1980 y›l›nda %56,3 olan ortalama kapasite kullan›m faktörü, 1990’da %66’ya, 2006’da %89,6’ya ç›kt›. Nükleer enerji halen, 369 GWe kurulu kapasite ile, y›lda 2,5 trilyon kWh elektrik üretiyor ve dünya genelinde %68 kapasite kullan›m faktörüyle çal›fl›yor.

Nükleer enerji yat›r›mlar›n›n, do¤al gaz veya kömür santrallar›ndan iki önemli fark› var: ‹lk yat›r›m maliyetinin yüksek, inflaat süresinin uzun olmas›. Nükleer santrallarda kW bafl›na kapasite kurulufl maliyeti 2500-3000 ABD dolar›n› bulurken, bu rakam do¤al gaz santrallar› için 800-1000 dolar civar›nda. Sonuç olarak, nükleer enerji üretiminde, birim üretim maliyetinin %80 kadar› ilk yat›r›mlardan, kalan› yak›t ve iflletme masraflar›ndan oluflur. Do¤al gaz veya kömür santrallar› için bu oranlar, yaklafl›k olarak tam tersinedir. Öte yandan, do¤al gaz santrallar› 1-2 y›l içinde kurulabilirken, bir nükleer santral›n inflas› asgari 4-5 y›l al›r. Dolay›s›yla, bir nükleer santral yat›r›m›n›n getirisi, uzunca bir süreye yayg›n büyük bir ilk yat›r›m sürecinin ard›ndan bafllar. Nükleer enerji bu yüzden, geçmiflte daha ziyade sermaye zengini ülkelerin harc› olmufltur. ‹flletmenin ilk 5 y›l›nda, amortisman bedelleri gelir ak›fl›ndan düflüldü¤ünden, birim üretim maliyeti yüksek görünür; sonra h›zla düfler.

Bu nedenle, nükleer enerjinin maliyeti yüksek gösterilmek istendi¤inde, bu ilk 5 y›ll›k maliyetler kullan›l›r. Halbuki, gerçekçi bir de¤erlendirme için, projenin tüm ömrüne yönelik bir ‘yaflam döngüsü maliyeti’ hesab›n›n dikkate al›nmas› gerekir. Bu hesap ise, paran›n zaman de¤eri nedeniyle; inflaat süresine ve paraya biçilen y›ll›k asgari paha anlam›na gelen ‘iskonto haddi’ne karfl› çok duyarl›d›r. Bu ikincisini piyasalar belirler, fakat ikincisi kontrol edilebilir bir de¤iflkendir. ‹nflaat öngörülen sürede tamamland›¤› takdirde, proje umulan› verir. Aksi halde, evdeki hesap alt üst olur ve muhasebenin rengi k›rm›z›ya kayar.

Bu nedenle, nükleer santral projelerinin önceden en ince ayr›nt›s›na kadar

özenle planlan›p, ilk ad›mlar›n kararl›l›kla at›lmas› ve inflaata bir kez baflland›ktan sonra h›zla tamamlanmas›, ondan sonra da santral›n yüksek kapasite faktörüyle kullan›labilmesi gerekir. Öte yandan, elektrik üretiminde, gün boyunca süredgiden ve ‘temel yük’ düzeyi denilen asgari talep, yak›t› ucuz olan ve sürekli çal›flt›r›lan santrallarla karfl›lan›r. Bu düzeyin üzerindeki talep sal›n›mlar›, yani ‘zirve yük’ için ise; talep düzeyindeki de¤iflimleri izleyebilen ve devreye çabuk sokulup ç›kart›labilen, buna karfl›l›k yak›t› görece pahal› olabilen santrallar kullan›l›r. Dolay›s›yla, yak›t maliyetleri görece düflük olan nükleer santrallar, temel yük gereksinimlerine karfl›l›k vermeye uygunlar. Düflük kapasite faktörleriyle çal›flan yenilenebilir güç kaynaklar›n›, nükleer kapasiteyi geniflleterek desteklemek akla yatk›n bir strateji. Özellikle, 2030 y›l›ndaki birincil enerji arz›n›n yar›ya yak›n›n›n elektrik üretimi amac›yla kullan›laca¤› beklentisi göz önünde bulundurulursa, neredeyse zorunlu da...

Fakat, EIA tahminlerine göre 2030 y›l›nda, kurulu nükleer güç 438 GWe olacak. Üretim ise 3,3 trilyon kWh’a ulaflarak, birincil enerji kaynaklar› içindeki %6,5’lik pay›n› koruyacak. IEA’n›n ‘alternatif senaryo’su daha yüksek, 519 GWe kurulu güç ve birincil enerji pay›nda hafif bir art›fl öngörüyor. Bu ikinci senaryonun gerçekleflmesi, kamoyunun nükleer teknolojiyle ilgili endiflelerinin giderilebilmesine ba¤l›. Gerçi kamuoyunun nükleer enerjiyi alg›lay›fl biçimi gelecekte, önemli oranda de¤iflecek gibi görünüyor. Fakat, bu arada ciddi baz› enerji yetersizli¤i sorunlar›n›n yaflanmas› mümkün. Ondan sonra dahi, nükleer enerjinin, kendisinden beklenen ek talepleri karfl›lay›p karfl›layamayaca¤› henüz belli de¤il. Bunu, IV. Nesil nükleer reaktör tasar›mlar›n›n baflar›s› belirleyecek.

Dipnotlar: 1 International Energy Outlook 2006, June 2006, DOE/EIA0484(2006).

1 “Worldwide Look at Reserves and Production,” Oil & Gas Journal, Vol. 103, No. 47 (December 19, 2005), pp. 24-25.

3 Ayn› yaz›da.

4 C.J. Campbell, J.H. Laherrère, The End of Cheap Oil, Scientific American, March 1998.

5 Working Group III contribution to the Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report, Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change.

6 EIA, http://www.eia.doe.gov/cneaf/nuclear/page/analysis/ nuclearpower.html

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 7

IV. NES‹L YOL HAR‹TASI:

NÜKLEER REAKTÖR TASARIM STRATEJ‹LER‹

Bu yaz›da IV. Nesil nükleer reaktörlerin tasar›m kriterleri, fisil ve do¤urgan çekirdeklerin bilinen nükleer özelliklerinin ›fl›¤› alt›nda inceleniyor.

Kriterlerin çeliflen do¤as›, kaç›n›lmaz olarak yol açt›¤› tasar›mlar›n çoklu¤uyla birlikte irdeleniyor. Sistemlerin seçilme yöntemi gözden geçirilmekte ve gelifltirilmeye aday olarak seçilen tasar›mlar, farkl› kriterlere hizmet potansiyelleri aç›s›ndan de¤erlendirilerek, gerçeklefltirilmeleri yönündeki zorluklar›n ve araflt›rma güçlüklerinin aç›kl›¤a kavuflturulmas›na çal›fl›lmaktad›r.

Reaktör nesilleri: 1950 ve 60’l› y›llarda öncü prototipler olarak infla edilen ilk reaktörler I. Nesil olarak an›lmakta. ‹kinci nesil üniteler 1970’lerde, halen çal›flmakta olan ticari güç santrallar›n›n bileflenleri olarak infla edildiler. III. Nesil 1990’l› y›llarda, güvenlik ve ekonomi aç›s›ndan anlaml› iyilefltirmeler sunan evrimsel baz› tasar›m özellikleriyle donat›lm›fl olarak gelifltirildiler. Bunlardan baz›lar› özellikle Do¤u Asya’da

infla edilmifl durumda ve gelifltirilmeleri yönünde devam eden çal›flmalar, ‘yak›n zamanda devreye sokulabilir’ nitelikteki, III+ Nesil denilen tasar›mlara yol açt›. 2030 y›l›na kadar infla edilecek olan yeni santrallar büyük olas›l›kla bu tasar›mlar aras›ndan seçilecek. Bu yelpazedeki geliflmeler ço¤unlukla, nükleer enerjinin küresel enerji kar›fl›m›nda halen üstlenmifl oldu¤u paya hizmet amac›na yönelikti. Fakat, halenki enerji tüketim kal›plar›n›n sürdürülebilirli¤i, giderek artan bir güçle sorgulanmakta.

IV. Nesil reaktör tasar›mlar›, bu sorgulamalar›n bir ürünü.

Nas›l ki düflük yo¤unluklu enerji kaynaklar›, güç üretiminde daha büyük zorluklara karfl›l›k güvenlik vaadinde bulunuyorsa, yüksek yo¤unluklu enerji kaynaklar›yla çal›flmak da, baflta, zor koflullar alt›nda çal›flmak zorunda kalan malzemelerin dayan›kl›l›k ve güvenilirli¤i olmak üzere, kendi özgün sorunlar›na sahip. Bu ve di¤er alanlarda yap›lmas› gereken araflt›rmalar, geçen 20-30 y›l boyunca,

nükleer enerji sektöründe yaflanan durgunluk nedeniyle aksad›. Ancak flimdi, görece yak›n bir geliflme olan IV. Nesil tasar›mlar›n›n kapsam› çerçevesinde ele al›nacaklar. Nükleer endüstrinin yeni geliflen enerji ihtiyaçlar›na uyum sa¤lamas›, daha küçük üretim birimleriyle yerel ihtiyaçlara yan›t verebilir hale gelerek, yenilenebilir enerji kaynaklar›n›n da¤›t›k olmas› zorunlu olan üretim a¤lar›nda destek rolü üstlenebilmesi, zaman ve araflt›rma gerektiriyor. Bu karmafl›k sorunla bafla ç›kmak amac›yla, ABD liderli¤indeki 10 ülke gelece¤in IV. Nesil olarak bilinen nükleer enerji sistemleri üzerinde araflt›rmalar konusunda iflbirli¤ine yönelik bir çerçeve üzerinde anlaflt›lar. IV. Nesil bir nükleer enerji sistemi, çevre ile tüm etkileflimlerini kapsayacak biçimde tan›mlan›r. Dolay›s›yla, nükleer reaktör ve enerji dönüfltürme bileflenlerinin yan›nda, cevherin eldesinden at›¤›n nihai depolanmas›na kadar, yak›t döngüsü için gereken tüm tesisleri de içermektedir.

Aral›k 2007

7

B‹L‹M ve TEKN‹K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 8

IV. Nesil K›staslar› Bu kapsaml› araflt›rma program›n› yönetmek üzere 100’den fazla uzman›n kat›l›m›yla bir teknik ekip oluflturuldu. ‹lk ad›mda, alternatif sistemleri de¤erlendirmek için bir ‘De¤erlendirme Yöntemi Grubu’ kuruldu. Önce nükleer enerjiden genel beklentiler, ‘hedef alanlar›’ ve her alandaki araflt›rma gereksinimleri, ‘hedef’ler olarak belirlendi. Bu süreci nükleer enerji sistemlerinin görünürdeki gelifltirilmeye muhtaç, bir bak›ma zaaf oluflturan yönleri yönlendirdi. Birinci hedef alan›, “flimdiki nesillerin ihtiyaçlar›n›, gelecek nesillerin toplumsal ihtiyaçlar› karfl›lama yetene¤ini zaafa u¤ratmaks›z›n ve gelece¤in belirsiz derinliklerine kadar artt›rmak suretiyle karfl›lama yetene¤i” fleklinde tan›mlanan ‘sürdürülebilirlik’ oldu. Bu, tüm enerji sistemlerine yönelik genel bir beklenti; çünkü toplumda enerjinin, sürdürülebilirlik ilkelerine göre üretilmesine yönelik giderek artan bir istek var. Bu ilkeler; do¤al kaynaklar›n ve çevrenin korunmas›n›, gelecek nesillerin ihtiyaçlar›n› karfl›lama yetene¤inin zaafa u¤rat›lmamas›n› ve üzerlerine gereksiz külfetler yüklenmemesini flart kofluyor.

Halen çal›flan ve gelecekte kurulacak olan nükleer güç santrallar›, uygulanan yüksek güvenlik standartlar› sayesinde ve yanma süreçlerine dayanmaks›z›n enerji ürettiklerinden dolay›, ola¤an çal›flma koflullar› alt›nda iyi bir çevre icraat›na sahipler. Fakat, ürettikleri radyoaktif at›klar kamuoyu taraf›ndan ciddi bir çevre tehdidi ve gelecek nesiller üzerinde haks›z bir yük olarak alg›lanmakta. Öte yandan, yak›t yeterlili¤inin uzun süreler için güvence alt›na al›nmas› ve nükleer reaktörlerin daha genifl kapsaml› enerji gereksinimlerine hizmet edebilme yetene¤inin gelifltirilmesi gerekiyor. Bu sürdürülebilirlik düflünceleri, a¤›rl›kl› olarak yak›t dönüsünün ön ve arka cepheleriyle ilgili. Dolay›s›yla, sürdürülebilirlik alan›nda; ‘kaynak kullan›m›’ ile, ‘at›¤›n azalt›lmas› ve yönetimi’ olmak üzere iki hedef belirlendi. Bu B‹L‹M ve TEKN‹K

8

Aral›k 2007

iki hedef; yak›t›n etkin kullan›m›, gelifltirilmifl at›k yönetimi ve çevre etkilerinin en aza indirgenmesine yönelik bütünleflik gereksinimleri kaps›yor ve nükleer enerjinin salt elektrik üretiminin ötesindeki yararlar›n› artt›rabilecek olan yeni enerji ürünlerinin gelifltirilmesinin yolunu aç›yor.

Nükleer enerjinin bir di¤er zaaf›, geçmiflteki ekonomik sicilinin kar›fl›k olmas›. Gelecekte rekabete karfl›

dayan›kl› olabilmesi için, alternatiflerine göre aç›k maliyet avantajlar›na sahip olmas› laz›m. Sermaye yo¤un bir seçenek olmas› itibariyle, böyle bir avantaj› edinebilmesi; hem yat›r›mlar›n gecelik maliyetlerinin, hem de bafllang›ç yat›r›m›n›n görece uzun olan inflaat süresi boyunca karfl›laflt›¤› riskin azalt›lmas›na ba¤l›.

Dolay›s›yla, ‘ekonomi’ ikinci hedef alan› olarak seçilirken, ‘yaflam döngüsü maliyeti’ ve ‘sermaye riski’, bu alandaki teknoloji hedefleri olarak belirlendi.

Halen 12.000 reaktör y›l›na varan iflletme deneyimi, genel olarak iyi bir güvenlik kayd› sergilemekte. Ciddi kaza olas›l›klar›, alternatif teknolojilere oranla çok daha düflük. Fakat bu özellik, bir ayr›cal›k olmaktan ziyade, zorunluluk. Çünkü, sanayi süreçlerinin ço¤u, ürettikleri zarar potansiyeli tafl›yan unsurlar› çevreye sürekli olarak sald›klar›ndan, çevre üzerinde zamana yayg›n ve fakat düflük genlikli bir negatif etkiye sahipler. Halbuki bir nükleer santral, ola¤an iflletme s›ras›nda çevreye hemen herhangi bir fley yaymazken, üretti¤i

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 9

zarar potansiyeli tafl›yan unsurlar›, radyoaktivite envanteri olarak kalbinde biriktiriyor olur. Dolay›s›yla, ciddi bir kazan›n yer alma olas›l›¤› orans›z derecede düflük olmakla birlikte, bu düflük olas›l›k gerçekleflti¤i takdirde, böyle bir kazan›n olas› etkisi, keza orans›z derecede büyüktür. Kamunun ve elektrik üretim flirketlerinin nükleer santral güvenli¤ini alg›lay›fl› bu nokta üzerinde odaklanm›fl halde ve bu durum, halen düflük olan ciddi kaza olas›l›klar›n›n daha da azalt›lmas›n› zorunlu k›lmakta. Bu nedenle, ‘güvenlik ve güvenilirlik’ üçüncü hedef alan› olarak ortaya ç›kt›. Alan hedefleri: ‘‹flletme güvenli¤i ve güvenilirli¤i’, ‘kalp hasar›’, ‘saha d›fl› acil durum önlemleri.’

Son olarak, nükleer silah edinme yetene¤inin nükleer enerjinin sivil kullan›m› aracl›l›¤›yla yayg›nlaflmas› olas›l›¤›n›n uluslararas› ana kayg›lardan birini oluflturmas›, ‘yay›lma direnci ve fiziksel koruma’n›n dördüncü hedef alan› olmas› gerekti¤ine iflaret ediyordu. Bu alan›n, ayn› bafll›k alt›nda tek bir hedefi var. Özet olarak, nükleer enerjiden genel beklentiler ‘hedef alanlar›’ olarak listelendi. Yani: ‘Sürdürülebilirlik’, ‘ekonomi’, ‘güvenlik ve güvenilirlik’, ‘yay›lma direnci ve fiziksel koruma’. Her alandaki teknoloji güçlükleri ‘hedef’ olarak tan›mland›. Bu aflamada tüm dünyaya, bu hedeflerin baz›lar›n› veya tümünü karfl›layabilece¤ine inan›lan nükleer enerji sistemleriyle ilgili önerilerin iletilmesi ça¤r›s›nda bulunuldu. Bir düzineye yak›n ülkeden 100’e yak›n tasar›m geldi. Her hedef için, icraat göstergesi olarak, bir veya daha fazla say›da ‘ölçüt’ belirlendi. Herhangi bir hedefin birden fazla k›stas› olmas› halinde, k›staslara, hedefin tatminine yönelik bir tart›m yapabilmek üzere a¤›rl›klar atand›. Her k›stas için, bu k›stasa göre icraat› de¤erlendirmek amac›yla, ‘ölçek’ denilen bir derecelendirme yap›ld›. Baz› k›staslar için, her birinin olas› tatmin edilme düzeyini temsil eden say›sal ‘ölçü’ler oluflturuldu. Ölçüler, temsili bir ileri hafif su reaktörünün temel icraat çizgisine göre saptand›. Hedef alanlar›, hedefler, k›staslar ve ölçekler listesi afla¤›daki tablodaki gibi.

Seçim süreci Daha sonra; su, gaz, s›v› metal so¤utmal› ve s›rad›fl› reaktör tasar›mlar›n› kapsayacak flekilde, önerilen sistemleri gözden geçirip yeterliliklerini, ‘de¤erlendirme yöntemleri grubu’ taraf›ndan gelifltirilmifl olan eleme araçlar›n› kullanarak de¤erlendirmek üzere, ‘teknik çal›flma gruplar›’ (TWG) oluflturuldu. Çok say›da sistem tasar›m› sunulmufl oldu¤undan, TWG’ler bunlar›, benzer özelliklere sahip alt kümelere ay›rd›. Hedeflere ulaflabilmek aç›s›ndan makul yeterlili¤e sahip olmayan veya gerçekleflmesi fazla uzak ya da teknik aç›dan imkans›z olan altkümeleri veya tasar›mlar› elemek amac›yla, ‘yeterlilik elemesi’ denilen ilk eleme yap›ld›. Bundan sonra, kalan tasar›mlara daha özenli bir son eleme uygulanarak, IV. Nesil’in temelini oluflturacak olan alt›s› seçildi. Bu amaçla, her sisteme; k›staslar kümesini sa¤lama aç›s›ndan tafl›d›¤› düflünülen yeterlilik düzeyinin göstergesi niteli¤inde, belirsizlikleriyle birlikte olas›l›klar atand›. Yak›n dönemde kullan›m aç›s›ndan yeterlili¤i güçlü görülen bir dizi tasar›m da de¤erlendirildi ve bunlardan 16’s›, ‘Uluslararas› Yak›n Dönem Kullan›m›’na aday seçildiler. Ayr›ca, ABD’de ba¤›ms›z olarak yürütülen bir çal›flmayla ‘Yak›n Dönem Kullan›m›’na aday seçilmifl bulunan 6 tasar›m daha var. Üç grubun araflt›rma çabalar›n›n birbirini desteklemesi bekleniyor.

IV. Nesil tasar›mlar›n›n bir listesi, alttaki tabloda verilmekte. Afla¤›da, bu sistemlerin tasar›m özellikleri aras›ndaki etkileflimler ile, hizmet ettikleri hedefler ve k›staslardan baz›lar›, özet bir flekilde gözden geçiriliyor.

Sürdürülebilirlik (SU) Nükleer güç teknolojisinin ilk y›llar›nda uranyumun k›t bir kaynak oldu¤u düflünülüyordu. Reaktörler ve yak›t

döngüsü, kullan›lm›fl yak›t›n, plutonyum ve uranyum içeri¤ini geri kazanmak üzere h›zla ifllenece¤i varsay›m›yla gelifltirildi ve yak›t döngüsünün arka cephesi, at›k depolama tasar›mlar› da dahil olmak üzere, yaln›zca üst düzey at›¤›n depolanaca¤›n› varsayd›. Fakat, nükleer kapasite genifllemesi Three Mile Island kazas›ndan sonra yavafllay›p, Çernobil kazas›ndan sonra da neredeyse durunca, uranyum fiyatlar› 1981 y›l›nda, tarihinin en düflük düzeyi olan 50$/kg’a indi ve yak›n zamanlara kadar yükselmedi. Öte yandan h›zl› reaktör programlar›, olumsuz ekonomileri ve karfl›lafl›lan baz› malzeme sorunlar› nedenleriyle durduruldu. Dolay›s›yla, yak›t›n yeniden ifllenmesi pahal› hale geldi ve ayr›ca, ABD’nin bafl›n› çekti¤i baz› ülkeler, nükleer silahlar›n yay›lmas› endifleleri nedeniyle, ‘tek geçiflli yak›t döngüsü’ne geri döndüler.

Halbuki bu döngü do¤al uranyum gereksinimi aç›s›ndan, enerji üretimi için a¤›rl›kl› olarak do¤al uranyumun düflük oranl› U-235 bileflenine dayand›¤›ndan, kaynak kullan›m› en yo¤un olan döngüdür. Ayr›ca, kullan›lm›fl yak›t› radyoatkif at›k sayd›¤›ndan, en fazla miktarda at›¤› üretir.

Dünyada halen aktif olan toplam 367 GW gücündeki 438 reaktörün, ikisi hariç hepsi termal reaktör tipinde ve bunlar›n ço¤u, ‘tek geçiflli yak›t döngüsü’ ile çal›fl›yor. 1000 MWe gücündeki tipik bir hafif su reaktörünün y›ll›k gereksinimi, %3-4 düzeyinde zenginlefltirilmifl 20-25 ton yak›t oldu¤una göre, mevcut filonun y›lda 9.000 ton kadar kullan›lm›fl yak›ta yol açmas› beklenir.

Gerçekte, kullan›lm›fl yak›t sto¤una her y›l ilave edilen miktar 12.000 ton.

Bu miktar, di¤er enerji teknolojilerinin üretti¤i at›k miktarlar›na göre küçük olmakla birlikte, mevcut depolama kapasitelerini zorlayan düzeyde bir talep oluflturuyor. Öte yandan, %3-4 düzeyinde zenginlefltirilmifl 20-25 ton yak›t, yaklafl›k olarak 200 ton do¤al uranyumdan elde edilebilir. Dolay›s›yla, iflletmedeki kapasitenin y›ll›k do¤al uranyum gereksinimi, 70.000 ton civar›nda olmal›. Bu gereksinimin %10 kadar›, askeri amaçl› plutonyum stoklar›Aral›k 2007

9

B‹L‹M ve TEKN‹K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 10

n›n ‘m›zraklardan sabanlar’ program› gere¤ince azalt›lmas› sayesinde, bir di¤er %10 kadar› da, kullan›lm›fl yak›t›n yeniden ifllenmesinden elde edilen MOX yak›tla karfl›lan›yor. Dünya’daki, eldeki teknoloji kullan›larak flimdiki fiyatlarla ç›kart›labilecek olan do¤al uranyumun ‘bilinen rezervler’i 3,5 milyon ton dolay›nda. Askeri stoklarla birlikte, ‘tahmini rezervler’ 4,8 milyon tonu bulabilir. Dolay›s›yla, halen bilinen ve tahmini ekonomik uranyum kaynaklar›, ‘tek geçiflli yak›t döngüsü’nü en az›ndan yüzy›l›n ortalar›na kadar desteklemeye yeterli.

Tek geçiflli yak›t döngüsünün ön ve arka cephe özellikleri, mevcut uranyum kaynaklar›n› ve at›k depolama kapasitelerini zorlayabilece¤ine göre; yak›t döngüsü nükleer gücün sürdürülebilirli¤inin odak noktas›n› oluflturuyor.

Bu sürdürülebilirli¤in, yak›t kaynaklar›n›n uzun vadeli yeterlili¤inin güvence alt›na al›nmas› ve radyoaktif at›klar›n asgariye indirilmesi olmak üzere, iki hedefi var. Dolay›s›yla, yol haritas› çal›flmas›n›n erken bir aflamas›nda, sunulan tasar›mlar›n sürdürülebilirlik aç›s›ndan yeterlili¤ini k›yaslamal› bir de¤erlendirmeye tabi tutmak üzere bir ‘Yak›t Döngüsü Çak›flma Alanlar› Grubu’ (FCCG) oluflturuldu. Grup; tek geçiflli yak›t döngüsü, plutonyumun k›smen geri kazan›ld›¤› döngü, plutonyumun tümüyle geri kazan›ld›¤› döngü ve uranyum ötesi elementlerin tam dönüflümlü döngüsü olmak üzere, dört tür döngü tan›mlad›. Daha sonra her döngü gelecek yüzy›l için, nükleer enerjinin elektrik üretiminde halen sahip oldu¤u piyasa pay›n› koruyaca¤› varsay›m›yla modellendi. Di¤er tahmin seçeneklerine dayal› baz› duyarl›l›k incelemeleri de yap›ld›.

FCCG tek geçiflli yak›t döngüsüne dayal› bir stratejide nükleer enerjinin rolünün artmas›n›n karfl›s›ndaki s›n›rlay›c› etkenin, alt soldaki flekilde görüldü¤ü gibi, dünyadaki depo hacmi oldu-

B‹L‹M ve TEKN‹K 10 Aral›k 2007

¤unu saptad›. Bu durum önümüzdeki birkaç ony›l içerisinde yeni depolar›n kurulmas›n› gerektirdi¤inden, önemli bir sorun haline geliyor. 100.000 ton kapasiteli tipik bir deponun maliyetinin birkaç milyar dolar› buluyor olmas›, tart›flmal› konuflland›rma sorunlar›yla birlikte, h›zl› bir geliflmeyi engelleyecek gibidir. 50 y›ldan sonraki uzun vadede, madencilik ve ç›karma teknolojilerinde k›r›lma niteli¤inde geliflmeler gerçekleflmedi¤i takdirde, alt sa¤daki flekilde görüldü¤ü üzere, uranyum kaynaklar›n›n yeterlili¤i de s›n›rlay›c› bir etken olmaya bafll›yor. Fakat geri kazan›m yoluyla, her iki sorunu da hafifletmek mümkün.

Tipik bir hafif su reaktöründe, kalpten ç›kan yak›t a¤›rl›kça; %96 uranyum, %1 plutonyum, %3 fizyon ürünleri ve ikincil aktinitlerden oluflur. Uranyum bilefleni hala %0,8-1 oran›nda zengindir ve plutonyumun 1/3’ü, fisil olmayan çift kütle say›l› izotoplardan oluflurken, kalan› fisildir. Bu uranyum ve plutonyum kullan›lm›fl yak›ttan ayr›flt›r›l›p, fakirleflmifl uranyumla seyreltilerek, MOX yak›t› imalat›nda kullan›labilir. Üst düzey radyoaktif at›k olarak geride, bafllang›çtaki kütlenin sadece %3’ünü oluflturan fizyon ürünleri ile ikincil aktinitler kal›r. Böylelikle, kullan›lm›fl yak›t›n hacmi iki mertebe azald›¤› gibi, bafllang›çtaki yak›ttan daha fazla enerji elde etmek de mümkün hale gelir. Fakat, kullan›lm›fl yak›ttan s›yr›lan uranyum, enerji üretimi s›ras›ndaki çekirdek dönüflümlerinin üretti¤i, fisil olmayan U-232 ve U-236 izotoplar›n› da içermektedir. Bu çekirdekler U-235, U-238’den çok daha h›zl› bozunurlar ve ayr›ca, U-232’nin bozunma ürünlerinden Ta-208 gibi baz›lar›, güçlü gama ›fl›y›c›s›d›rlar. Dolay›s›yla, yeniden iflleme sürecinin, yak›t›n kalpten ç›kart›lmas›ndan sonra, radyoaktivitenin birikmesine f›rsat vermeyecek flekilde, yeterince k›sa bir sürede yap›lmas› gerekir.

Aksi halde biriken radyoaktivite, uzak-

tan kumanda ve z›rhlama tekniklerinin daha yo¤un kullan›m›n› gerektirece¤inden, yeniden iflleme sürecini daha karmafl›k bir hale koyar. Yeniden iflleme pahal› bir süreçtir. Fakat, zenginlefltirmeye gereksinimin kalmay›fl› bunu k›smen telafi etti¤i gibi, sonuçta üretilen yüksek düzeyli at›k miktar›n›n azalm›fl olmas› ek bir yarar daha sa¤lar. 7 adet UO2 yak›t demetinden, bir MOX yak›t demeti ile bir miktar camlaflt›r›lm›fl yüksek düzeyli at›k elde edilirken, ifllem; do¤rudan depolaman›n yol açaca¤› hacim, kütle ve maliyetin %35’iyle sonuçlan›r. Dolay›s›yla, yak›t›n yeniden ifllenmesiyle MOX imalat›, Avrupa’da tercih edilen yol olmufltur. Fransa ve ‹ngiltere birlikte, y›lda 5.000 tona yak›n iflleme kapasitesine sahip ve geçen 35 y›lda, 55.000 tondan fazla kullan›lm›fl yak›t yeniden ifllendi. Termal reaktörlerin yak›t sto¤unun %30’a kadarki k›sm› için MOX yak›t› kullanmak mümkün ve nitekim, Avrupa’daki 32 reaktörde bu uygulama halen k›smen yap›l›yor. Japonya 2010 y›l› itibariyle, termal reaktörlerinin üçte birinde, esas olarak at›k hacmini azaltmak amac›yla MOX yak›t› kullan›yor olmay› hedeflemekte. Bu teknoloji, Rusya ve ABD aras›nda var›lm›fl olan nükleer bafll›klar›n azalt›lmas›na yönelik anlaflma uyar›nca askeri plutonyum stoklar›n›n yok edilmesinde de kullan›lmakta olup, halen dünya nükleer enerji üretiminin %10’unu sa¤l›yor.

Fakat, çift say›l› izotoplar genel olarak, dolay›s›yla plutonyumun ve aktinitlerinkiler de, 1 MeV’un alt›nda enerjili nötronlar için çok düflük fizyon kesitlerine sahiptirler. MOX yak›t›n bir termal reaktörde kullan›lmas› s›ras›nda bu izotoplar, ard›fl›k nötron yutmalar› sonucunda k›smen fisil izotoplara ve sonuç olarak fizyon ürünlerine dönüfltürülmektedirler. Genelde birkaç, örne¤in Pu-242 için 4 ve Am-241 için 3 nötron gerektiren bu çekirdek dönüflümleri; nötron ekonomisini bask›lar ve ayr›ca, oluflum h›z›ndan yavafl seyrederek, plutonyumun izotop bilefliminin giderek bozulmas›na ve aktinitlerin daha fazla birikmesine yol açarlar.

Dolay›s›yla, kullan›m›fl MOX yak›t›, yeniden ifllenerek termal reaktörlerde kullan›lmaya uygun de¤ildir. Halen kullan›lm›fl yak›t olarak depolanmakta olup, depo gereksinimini artt›rmaktad›rlar.

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 11

Halbuki bu istenmeyen çekirdekler, yüksek enerji düzeylerinde oldukça büyük fizyon kesitlerine sahipler. Kesitlerin hepsi ayr›nt›l› olarak bilinmemekle birlikte, örne¤in Np-237’nin fizyon kesitinin U-235 standard›n›nkine oran›n›n, yukar›daki flekilden görülece¤i gibi, gelen nötronun enerjisine ba¤l› olarak, 10 mertebe kadar de¤iflti¤i ölçülmüfl durumda. Dolay›s›yla, bu çekirdekleri h›zl› bir nötron ak›s›nda, çok daha büyük bir etkinlikle fizyona u¤rat›p, birikmelerini engellemek suretiyle nötron ekonomisini iyilefltirmek mümkündür. Bu ise, kullan›lm›fl yak›t›n tekrar tekrar ifllenmesini ve döngünün kapat›lmas›n› mümkün k›lar. Bu nedenlerle, seçilen IV. Nesil tasar›mlardan dördü; GFR, LFR ve SFR h›zl› reaktör tipinde iken, bir dördüncüsü, yani SCWR, termal ya da h›zl› olarak infla edilebilir nitelikte.

Dördünün; GFR, LFR, MSR ve SFR; kapal› yak›t çevrimiyle çal›flmas› ve aktinit yönetimini hedeflemeleri amaçlan›rken, SCWR’nin de bu flekilde tasar›mlanmas› mümkün. Tek istisna, VHTR. Kaynak Kullan›m› (SU1): H›zl› reaktörlerin üstün nötron ekonomisi ayn› zamanda, U-238’in fisil plutonyuma daha yüksek bir verimle dönüfltürülmesini mümkün k›lar. H›zl› reaktörlerde 1’den büyük dönüfltürme oranlar› baflar›labilir. Ki bu, dünya do¤al uranyum kaynaklar›n›n enerji potansiyelinin yaklafl›k 60 misline katlanmas› anlam›na gelir. Ayr›ca, MSR tasar›m›, U238 veya Th-232 çekirdeklerini, ergimifl tuz içerisinde çözünmüfl floridler halinde, do¤urgan yak›t olarak kullanabilir. Florid temelli MSR’nin termal veya epitermal spektruma sahip olmas› sayesinde, Th-232 en yüksek dönüflüm faktörlerini yakalar. Böylelikle üretilen fisil U-233, h›zl› veya termal reaktörlerin yak›t gereksinimlerini desteklemekte kullan›labilir. Bu, mevcut do¤al uranyum rezervlerine, üç misli daha bol olan toryum rezervlerini ekle-

mek suretiyle, yak›t yeterlili¤ini çok büyük oranda artt›r›r.

At›¤›n Azalt›lmas› ve Yönetimi (SU2): LWR kullan›lm›fl yak›t›n›n MOX üretimi için yeniden ifllenmesi s›ras›nda halen, sadece uranyum ve plutonyum ayr›flt›r›l›p kullan›lmakta, aktinitler fizyon ürünleriyle birlikte üst düzey at›¤›n parças› olarak geride b›rak›lmaktad›r. Fizyon ürünleri ço¤unlukla, her biri yaklafl›k 30’ar y›l yar›lanma ömrüne sahip olan Sr-90 ve Cs-137 izotoplar›ndan oluflur. Bu çekirdeklerin kendilerinin güvenli bir flekilde saklanmalar› gereken süre, yaklafl›k 10 yar›lanma ömrüne eflde¤er, 300 y›l kadard›r. Fakat, çok daha uzun yar›lanma ömürlerine sahip olan aktinitler, bu süreyi birkaç bin y›la ç›kart›r. Halbuki aktinitlerin hepsi de, alttaki flekilde görüldü¤ü gibi, h›zl› bir reaktörde çok daha büyük fizyon/yutma oran›na sahiptirler. Dolay›s›yla, aktinitleri fizyon ürünlerinden ay›r›p h›zl› bir reaktörde yakmak, üst düzey at›k yönetimini kolaylaflt›racakt›r.

Ayr›ca, geride kalan fizyon ürünlerinin bafll›calar›n› oluflturan iki izotoptan Sr-90, besin yoluyla al›nma aç›s›ndan birincil risk unsurunu, Cs-137 ise, birincil ›s› kayna¤›n› olufltururlar. Depo hacmi esas olarak bozunma ›s›s›n›n

uzaklaflt›r›lmas› gereksinimine göre belirlendi¤inden, bu iki izotopun birbirinden ayr›flt›r›lmas›, kapasite kullan›m› aç›s›ndan yarar sa¤layacakt›r. Cs137 bozunma ›s›s› daha fazla azalana kadar yerüstünde depolan›rken, daha az ›s› üreten Sr-90 yeralt› deposuna konularak, besin zincirinden uzak tutulabilir.

Aktinit yönetimi, yak›t sürekli ifllenebildi¤i takdirde, termal bir reaktörde de baflar›labilir. MSR termal reaktör tasar›m›, s›v› yak›t› sayesinde böyle bir yetene¤e sahip. Onun bu özelli¤i, IV. Nesil tasar›mlar› aras›na girmesinde önemli bir rol oynad›. Güvenli depolama süresini önemli miktarda azaltabilmek için, aktinitlerin %99,9 veya daha yüksek oranda ayr›flt›r›lmalar› gerekir. Üstteki flekilde %99,9’luk ayr›flt›rma düzeyi için, dönüfltürülmüfl ve ifllenmemifl at›klar›n do¤al uranyuma oranla aktivite düzeyleri görülüyor.

Aral›k 2007

11 B‹L‹M ve TEKN‹K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 12

Bütün bu olas›l›klar› araflt›rmaya yönelik incelemeler, çeflitli reaktör tiplerinin, ‘simbiyotik yak›t döngüleri’ denilen kapsamda birlikte çal›flma yeteneklerinin daha iyi anlafl›lmas›n› sa¤lad›. Örne¤in yukar›daki flekilde gösterildi¤i gibi; termal sistemlerden ç›kan aktinitler h›zl› sistemlerde, dünyadaki aktinit envanterinin azalt›lmas›n› sa¤layacak flekilde yak›labilirler. Ayr›ca, gaz veya su so¤utmal› termal reaktörlerde gerçekleflen yanma oranlar›ndaki iyilefltirmeler, bu tür simbiyotik sistemlerde aktinit yönetimini kolaylaflt›rabilir. Bir dizi sistemin farkl› kümelerinin dünyan›n tümü için daha gürbüz ve arzu edilir bir simbiyotik sistem sa¤layabilece¤inin anlafl›lmas›, tek bir sistem yerine alt› farkl› sistemin IV. Nesil olarak seçilmesinde yönlendirici etken oldu.

Ekonomi (E) fiimdiki nesil nükleer reaktörler, daha çok temel yük santral› olarak kullan›ld›klar›ndan, rekabet edebilen fiyatlarla elektrik ürettiler. Fakat inflaat maliyetleri yüksek, lisanslama süreçleri ise, bazen öngörülemeyecek kadar uzun. ABD’de 1979 Three Mile Island kazas›ndan sonra yeni siparifllerin iptal edilmesinin as›l nedeni, kamuoyundaki tart›flmalardan çok, elektrik üretim flirketlerinin yüksek ilk yat›r›m maliyetleri için, zaten uzun olan ve s›k›laflt›r›lan güvenlik önlemlerinin yol açt›¤› gecikmeler nedeniyle daha da uzayan inflaat süreleri boyunca finans kayna¤› sa¤lamakta zorluk çekmeleri olmufltu. IV. Nesil tasar›mlar, ilk yat›r›m maliyetlerini azalt›p inflaat sürelerini k›saltarak, bu yükü hafifletmeyi hedefliyor. Nükleer enerjinin rekabet gücü ayr›ca, daha genifl bir enerji gereksinimleri yelpazesine yan›t verebilir hale getirilmesiyle de artt›r›labilir. IV. Nesil sistemlerin; üre sentezi, ka¤›t üretimi, a¤›r petrolün ç›kart›lmas› ve kükürtten ar›nd›r›lmas›, ham petrolün ifllenmesi, nafta, etan ve ilgili ürünlerin eldesi, kömürün gazlaflt›r›lmas›, demir, çimento ve cam üretimi gibi de¤iflik ›s›l süreç uygulamalar›nda da kullan›lmalar› mümkün. Baz›lar› için gereken asgari s›cakl›k 600°C civar›nda oldu¤undan, GFR, MSR, LFR ve VHTR sistemleri bu uygulamalara hizmet etme yetene¤ine sahipler. Dolay›s›yla, IV. Nesil B‹L‹M ve TEKN‹K 12 Aral›k 2007

tasar›mlara; elektrik üretimi, hidrojen üretimi ve süreç ›s›s›, aktinit yönetimi olmak üzere üç ana görev biçildi. Seçilmifl olan tasar›mlar›n beklenen icraatlar› ve gerektirdikleri ana araflt›rma alanlar› afla¤›daki tabloda kabaca belirtiliyor.

Aktinit yönetiminin piyasa de¤eri halen belirsiz, uygulama deneyimlerinin sonucunda ortaya ç›kacak. Fakat, hidrojen flimdiden önemli bir ürün, esas olarak azotlu gübrelerin imalat›nda ve ham petrolün ifllenmesinde kullan›l›yor. Dünyadaki y›ll›k tüketimi y›lda 50 milyon ton kadar olup, y›lda %10 art›yor. Ulafl›m sektörünün gelecekteki enerji tafl›y›c›s› say›lmakta. Halen, hemen tümü do¤al gaz›n ›s›l parçalanmas›yla üretiliyor ve bu yöntem, karbondioksit sal›m›na yol aç›yor. IV. Nesil tasar›mlardan dördünün bu sektöre girmesi planlan›yor.

Termal VHTR tasar›m›, iyot-sülfür (I-S) sürecini kullanarak yüksek verimle hidrojen üretme yetene¤ine sahip olmas› sayesinde, ekonomik de¤erlendirmede üst s›ralarda yer ald›. GFR ve LFR tasar›mlar› da keza, bu uygulama alan›n›n gerektirdi¤i yüksek s›cakl›klar› hedefliyor. Hidrojenin yak›n vadede kullan›m imkanlar› aras›nda ham petrolün ifllenmesi var. Bu uygulama, 50500 MWt aras› kapasite büyüklü¤ünde santrallar gerektirebilir. Fakat, do¤al gaz›n buharla yeniden yap›land›r›lmas› yöntemini kullanarak hidrojen üreten tesisler için en son verilen siparifller 2000 MWt’i buluyor. Daha uzun vadede ulafl›m sektörünün enerji tafl›y›c›s› olarak kullan›m› için, büyük miktarlarla tafl›nmas›n›n zorlu¤u nedeniyle, hidrojen büyük olas›l›kla yerel olarak üre-

tilip tüketilecek. Bu ‘da¤›n›k’ nitelik, birkaç yüz MWt düzeyinde küçük kapasiteli birimlere gereksinim duyulaca¤› anlam›na geliyor. Böyle küçük birimler ayn› zamanda, yerel flebekelerde yenilenebilir enerji kaynaklar›yla elektrik üretimi için yedekleme birimleri olarak kullan›lmaya da uygundur.

Dolay›s›yla, hidrojen üretimine yönelik IV. Nesil tasar›mlar›, küçükten büyü¤e uzanan genifl bir kapasite yelpazesine sahipler. Bu durum, modüler ve hatta batarya tipi reaktör tasar›m› olas›l›¤›n› ve gereksinimini beraberinde getiriyor.

Böyle bir esneklik baflka yararlar da sa¤lar. Çünkü, esasta temel yük birimleri olarak kullan›lan flimdiki nükleer güç santrallar›, denetim alt›ndaki kamu ve özel elektrik üretim flirketleri taraf›ndan sat›n al›n›p iflletilmekteydiler.

Halbuki, elektrik piyasalar›n›n serbestlefltirilme süreci, da¤›n›k ve daha küçük ölçekli iflletmelerin sahneye ç›kmas›na yol aç›yor. Dolay›s›yla, küçük ve hatta talep izleyen birimler, de¤iflen piyasa gereksinimlerini daha iyi karfl›layabilecekler.

Yaflam Döngüsü Maliyeti (E1): Yaflam döngüsü maliyetlerinin azalt›lmas›, daha düflük santral maliyetleri ve daha k›sa inflaat süreleriyle baflar›labilir. Daha küçük birimler sermaye gereksiniminin azalmas› anlam›na geldi¤i gibi, modüler tasar›m da, inflaat sürelerini k›salt›p, hem üretimin hem de süreçlerin standartlaflt›r›lmas›n› sa¤lamak suretiyle gecikmeleri azaltabilir.

Batarya ve modüler seçeneklerin ekonomikli¤i; uçak, kamyon ve otomobil imalat›, aç›k deniz petrol kulelerinin inflas› ve gemi yap›m› gibi sanayi sek-

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 13

törlerinde kullan›lan fabrika temelli kitlesel üretim ve h›zl› montaj tekniklerinin nükleer alana uyarlanmas›yla artt›r›labilir. Fakat, modüler tasar›m›n ekonomisi, büyük birimlerin ölçek ekonomisinden sa¤lad›klar› yarar nedeniyle henüz belirsiz. Bu nedenle, SCWR tasar›m› büyük kapasiteyi muhafaza ederken, ikincil devreyi ve bununla ilgili pompa ve di¤er donan›m gereksinimlerini ortadan kald›rmak suretiyle, 900 $/kW düzeyinde kapasite maliyetlerini hedefliyor.

Sermaye Riski (E2): Nükleer projelerin ekonomik riskleri; üretim ve zaman›nda inflaat konular›ndaki yenilikçi tekniklerin yan›nda, belirsizlikleri asgariye indiren sa¤l›kl› maliyet tahmini araçlar›n›n kullan›lmas›yla da azalt›labilir. Nükleer güç endüstrisi halen tek bir ürüne al›flm›fl durumda ve maliyetleri birden fazla ürün aras›nda da¤›tmaya al›flk›n de¤il. Modüler ve büyük kapasiteli santrallar›n ekonomikli¤i ile ilgili sorun çözülmek zorunda. Öte yandan, ileri iflleme tekniklerinin kullan›m›, yak›t döngüsünün maliyet analizini önemli oranda de¤ifltirecek.

Dolay›s›yla, yat›r›m kararlar›n›n al›nmas›nda kullan›lacak ‘bütünleflik nükleer enerji ekonomisi modeli’ oluflturmak üzere; sermaye ve üretim maliyetleri, nükleer yak›t döngüsü maliyeti, enerji ürünleri, santral büyüklü¤ü belirlemelerine yönelik güncellefltirilmifl ekonomik modellerin gelifltirilmesi gerekiyor.

Güvenlik ve Güvenilirlik (SR) Güvenlik ve güvenilirlik hedefleri; güvenli ve güvenilir iflletme, kazalar›n geliflkin yönetimi ve sonuçlar›n›n asgariye indirilmesi, saha d›fl› acil durum önlemlerine ihtiyac›n azalt›lmas› unsurlar›n› kaps›yor. Nükleer güç santrallar› geçmiflte yüksek güvenlik ve güvenilirlik standartlar›na uygun icraat sergiledi ve bu sayede yüksek kapasite kullan›m faktörlerine ulaflmay› baflard›lar. IV. Nesil tasar›mlar bu icraat›, alternatif enerji üretim teknolojilerine karfl› avantaj› koruyarak, ilave yeniliklerle daha da iyilefltirmeyi hedefliyor.

Bu sadece baflar›l› üretim yapmakla de¤il, ayn› zamanda, ço¤unlu¤u yeni teknolojiler gerektiren santral bileflen-

lerinin baflar›l› bir flekilde arayüzlendirilip bütünlefltirilmesiyle mümkün olacak.

Tasar›mlar›n her biri için yap›lmas› gereken pek çok araflt›rma ifli var ve bu etkinlikler, üç aflamaya ayr›lm›fl bulunuyor. Birincisi, olabilirlik ve ilkelerin ispat› konular›ndaki ana sorunlar›n çözümlendi¤i ‘geçerlilik’ aflamas›. ‹kincisi; reaktör, iflleme tesisleri veya enerji çevirim teknolojileri gibi ana alt sistemlerin gelifltirilip en iyilefltirildi¤i ‘icraat’ aflamas›. Üçüncü aflama ise, ‘kan›tlama’ aflamas›. Hepsi de yeni ve yenilikçi teknolojileri içerdi¤inden, IV. Nesil tasar›mlar›n›n her biri için büyük olas›l›kla bir kant›lama aflamas› gerekecek. Baflar›l› bir kan›tlama sonras›nda sistem, endüstriye ait bir etkinlik oluflturan ‘ticarilefltirme’ aflamas›na gelebilir. ‹flletme Güvenli¤i ve Güvenilirli¤i (SR1): IV. Nesil sistemlerin tümü, malzemeler için uzun hizmet süreleri ve yak›tlar için görece yüksek yanma yetene¤i gerektirmektedir. Ço¤u, h›zl› veya epitermal nötron enerji spektrumuyla çal›flmak üzere tasarl›mlanm›fllard›r. Örne¤in hidrojen üretimine yönelik I-S süreci 800°C’nin üzerinde ›s› gerektirir ve s›cakl›k ne kadar yükselirse, süreç verimi o kadar artar. Dolay›s›yla umulan ç›k›fl s›cakl›klar› GFR için 850°C, VHTR için 1000°C’dir ve MSR’ninki, 850°C’ye ulaflabilir.

SCWR, LFR ve SFR 800°C’nin alt›nda ›s› verirler, bu yüzden I-S sürecini kullanmalar› düflünülmüyor. Güvenlik paylar›yla birlikte, GFR’›n çal›flma koflullar›; 1400°C s›cakl›¤a, 250 GWD/MTHM’lik yanma (a¤›r metalin tonu bafl›na GW.gün enerji üretimi) düzeyine ve malzemenin radyasyon karfl›s›nda u¤rad›¤› hasar›n ölçüsü olan ‘atom bafl›na yer de¤ifltirme’nin (dpa) 100-150 aras›nda de¤erlerine karfl›l›k gelmektedir. VHTR tasar›m›, 1000°C’lik ç›k›fl s›cakl›¤›n› baflarmak için, yak›t s›cakl›klar›n›n olas› bir kazan›n ard›ndan en yüksek de¤er olarak 1800°C’ye ulaflmas›na ve 150-200 GWD/MTHM’lik azami yanma düzeylerine izin vermek zorundad›r. LFR sisteminde alternatif olarak, daha düflük s›cakl›kta çal›flan ve 700°C civar›nda hidorjen üretebilecek olan Ca-Br sürecinin gelifltirilmesi önerilmektedir. Öte yandan, kalbin iç bileflenleri için en yüksek dozlar, termal tasar›mlarda

10-30 dpa iken, h›zl› tasar›marda 100150 dpa’ya ulaflabiliyor. Bu dozlar malzemeden, ›fl›nlanma alt›nda kararl›l›k ve ›fl›nlaman›n k›r›lganl›k, sünme ve paslanma üzerindeki etkiler aç›s›ndan a¤›r taleplerde bulunmaktad›r. Dolay›s›yla, yeni yak›t tipleri ile yap› malzemeleri için yeni alafl›mlar›n gelifltirilmesi gerekiyor ve bu durum, tasar›m güçlüklerine yenilerinin eklenmesini gerektiriyor. MSR tasar›m›n›n; ergimifl tuz kimyas›, aktinitlerin ve lantanitlerin yak›ttan çözünürlü¤ü, ›fl›nlanan ergimifl tuz yak›t›n yap›sal malzemelerle ve grafitle uyumlulu¤u, metal atomlar›n›n ›s› de¤ifltiricilerde kümelenmesi gibi bir dizi ‘teknik yap›labilirlik’ sorunu var. SCWR tasar›m›, 250 atm (25 MPa) düzeyindeki yüksek çal›flma bas›nc›, so¤utucu s›cakl›klar›n›n ve yo¤unluklar›n kalp boyunca büyük de¤iflimlere u¤ramas› gibi nedenlerle, özgün çal›flma koflullar›na sahip. SCWR malzemelerinin, ›fl›nlanma alt›nda ve düflünülen s›cakl›k ve bas›nç aral›klar›ndaki davran›fl› hakk›ndaki mevcut bilgiler yetersiz. Halen, termal veya h›zl› spektrumlu SCWR’lar için yak›t k›l›f› ve yap›sal malzeme olarak herhangi bir alafl›m belirlenmifl de¤il. Bunlar, üstesinden gelinmesi gereken çok genifl bir dizi teknik güçlükten yaln›zca baz›lar›.

Kalp Hasar› (SR2): IV. Nesil nükleer enerji sistemlerinde kalp hasar›n›n oluflma olas›l›¤› ve olufltu¤u takdirde düzeyi çok düflük olacak. Fakat, tasar›mlardan baz›lar› için bu hayati konuda daha fazla çal›flmaya gerek var. Örne¤in SFR tasar›m›nda pasif güvenlik garantisi gerekiyor. Ana ihtiyaçlar, yak›t›n erimesi halinde oluflan tortunun reaktör tank› içerisinde so¤utulabilece¤inin gösterilmesi ve hasarl› bir reaktörün yeniden kritik olmas› olas›l›¤›n› ortadan kald›racak pasif mekanizmalar›n varl›¤›n›n garanti alt›na al›nmas›. SCWR tasar›m›nda iflletme bas›nc› çok yüksek oldu¤undan, h›zl› bir bas›nç kayb› s›ras›nda yak›t zarf›n›n balonlaflma olas›l›¤› var. Bu; zirkonyum alafl›m›yla k›l›fl› yak›t çubuklar›n›n ‘so¤utucu kayb› kazas›’ (LOCA) analizlerinde çal›fl›lm›fl olan, fakat SCWR tasar›m› için düflünülen ostenit ve ferritmartensit esasl› paslanmaz çelikler ya da nikel esasl› alafl›mla k›l›flanm›fl yak›t için henüz üzerinde çal›fl›lmam›fl olan önemli bir olgu.

Saha D›fl› Acil Durum Yan›t› (SR3): Aral›k 2007

13 B‹L‹M ve TEKN‹K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 14

Reaktör sahas› d›fl›ndaki acil durum önlemlerine olan gereksinimin azalt›lmas›, kamuoyunun nükleer enerjinin güvenli¤i hakk›ndaki kuflkular›n› azaltacakt›r. Kendili¤inden güvenlik özelliklerinin artt›r›lmas›, gürbüz tasar›mlar, konuda uzman olmayan bireyler taraf›ndan kolayca anlafl›labilen fleffaf güvenlik özellikleri, bu aç›dan yararl› olacak.

Yay›lma Direnci ve Fiziksel Koruma (PR) Yay›lma direnci ve fiziksel koruma, nükleer malzemelerin ve tesislerin kontrolü ve güvence alt›na al›nmas› için gereken önlemleri inceler. Bu hedeflerin amac›; nükleer enerji sistemlerinin sahip oldu¤u yay›lma direncinin etkinli¤ini geliflen yeni koflullar alt›nda da sürdürmek ve yeni tesislerin gürbüzlü¤ünü artt›rmak suretiyle, terörizme karfl› fiziksel korumay› güçlendirmektir. En s›k› önlemlerden baz›lar› yak›t döngüsüyle ilgilidir.

Kullan›lm›fl yak›t›n MOX imalat›na yönelik olarak ifllenmesinde kullan›lan al›fl›ld›k PUREX iflleme tekni¤inde, uranyum ve plutonyum birlikte ayr›flt›r›l›r. Bu, radyoaktivite yükünün ço¤unu, aktinitler ve fizyon ürünleriyle birlikte at›k suyunda b›rakarak, uranyum-plutonyum kar›fl›m›n›n ifllenmesini kolaylaflt›r›r. Plutonyum uranyumdan kimyasal olarak ayr›flt›r›labildi¤inden, sürecin nükleer yay›lma riskini artt›rd›¤› kanaati var. Dolay›s›yla, IV. Nesil’in kapal› yak›t döngüsü stratejisinin parças› olarak, yeni ayr›flt›rma teknikleri gelifltiriliyor. Planlanan ileri ayr›flt›rma teknolojileri; plutonyumu ayr›flt›rmaktan kaç›nmay› ve yay›lma direncini artt›racak di¤er özelliklerin devreye sokulmas›n›, sürece etkin güvenlik önlemlerinin kat›lmas›n› öngörmekte. Dikkate de¤er bir ayr›nt› olarak, yeniden ifllemeyi öngören IV. Nesil sistemlerinin tümü, malzemelerin silah yap›m›na yönelik olarak eriflilebilirli¤ini ve cazibesini yak›t döngüsünün her aflamas›nda azaltmak amac›yla, plutonyumu di¤er aktinitlerden ayr›flt›rmaktan kaç›n›yor. Üzerinde çal›fl›lmakta olan, ‘geliflkin sulu’ ve ‘yakarak iflleme’ (‘pyroprocessing’) süreçleri olarak bilinen, iki ana seçenek var.

B‹L‹M ve TEKN‹K 14 Aral›k 2007

Geliflkin sulu iflleme, U/Pu saflaflt›r›lmas›n›n devre d›fl› b›rak›l›p, uranyumun kristallefltirilmesi ve ikincil aktinit eldesi ad›mlar›n›n eklendi¤i, basitlefltirilmifl bir PUREX sürecinden oluflmakta. Uranyumun kristallefltirilmesi, a¤›r metal kütlesinin büyük bir k›sm›n› kar›fl›mdan bafllang›çta ay›rarak, süreç ak›fl›n›n afla¤› aflamalar›ndan elemifl oluyor. Daha sonra U/Pu, Np ile birlikte, yeniden iflleme sürecinde kullan›lmalar›n› mümkün k›lacak oranlarda radyoaktiviteden ar›nd›r›lm›fl olarak, kar›fl›mdan s›yr›l›yor. Kristallefltirmeye alternatif olarak, uranyumun s›yr›lmas› için bir de UREX süreci var. Bu süreçte, ifllemin ilk ad›m› olarak uranyum s›yr›l›r. Plutonyum ve ikincil aktinitlerle uçucu olmayan fizyon ürünleri, bir sonraki aflamaya gönderilir. ‹fllemin s›y›rma ve ovma aflamalar›na asetohidroksamik asit (AHA) ilavesi, plutonyum ve neptünyumun ayr›flt›r›labilirli¤ini büyük oranda azaltarak, PUREX sürecinin s›y›rma ad›m›ndakine oranla daha etkin yay›lma direnci sa¤lar. Sürecin ana ak›nt›s› tuz içermedi¤inden, düflük düzeyli at›k hacimleri azal›r. Oksit yak›t döngüsünde, U/TRU’un (uranyumun uranyum ötesi elementlere kütlece oran›n›n) %99’dan fazlas›n›n geri dönüflümü amaçlan›yor ve yeniden iflleme ürününün radyoaktiviteden ar›nd›r›lma oran› 100’den büyük. Sürecin ana k›sm› a¤›rl›kl› olarak mevcut teknolojilere dayand›¤›ndan, uygulanabilirlik sorunlar› az. Dolay›s›yla, bu yak›t döngüsü h›zla kan›tlanma aflamas›na ulaflt›r›labilir.

Yakarak iflleme süreçleri; uçucu hale getirme, birbirine kar›flmayan metalmetal veya metal-tuz fazlar›n› kullanarak ‘s›v›dan s›v›y›’ s›y›rma, ergimifl tuzda elektro-saflaflt›rma, k›smi kristallefltirme gibi de¤iflik aflamalardan yararlan›r. Süreçler genellikle, ya LiCl+KCl or LiF+CaF2 örneklerindeki gibi ergime noktas› düflük olan klorid veya florid benzeri erimifl tuzlardan, ya da kadmiyum, bizmut veya alüminyum gibi erimifl metallere dayal›d›rlar. Metal yak›tlara, oksitlerden daha kolay uygulanabilirler. Dolay›s›yla, gereken ilk ad›m, aktinit oksitlerin metale indirgenmesidir. Öte yandan, yakarak ifllemenin yüksek geri dönüflümü baflaran teknikleri, sadece uranyum için mühendislik ölçe¤inde gelifltirilmifl olup, neptünyum, amerisyum ve küriyum dahil ol-

mak üzere, tüm uranyum ötesi elementlerin dönüflümü, sadece laboratuvar ölçe¤inde kan›tlanm›fl haldedir.

Dolay›s›yla, gereken ikinci ad›m, plutonyum dahil olmak üzere uranyum ötesi elementler için dönüflüm süreçlerinin gelifltirilmesidir. Küriyum, en fazla bozunma ›s›s›n› üretmesi, birim kütle bafl›na en güçlü nötron kayna¤›n› oluflturmas› ve süreç s›ras›nda kullan›labilecek defal›k miktarlar› s›n›rlayan çok küçük bir kritik kütleye sahip olmas› nedenleriyle, dönüfltürülmesi zor bir aktinittir. fiimdiki sulu iflleme teknikleri, uranyum ötesi elementleri teker teker s›y›rmak üzere, her biri için farkl› süreç dizileri kullanmakta. E¤er Np, Pu, Am ve Cm’u ak›nt›dan tek bir ad›mda birlikte ayr›flt›rabilen bir süreç gelifltirilirse; tüm aktinitlerin dönüflüm maliyeti, kaza riski ve yay›lma zaaf› önemli miktarlarda azalm›fl olacak. Yak›t iflleme teknolojilerinin baflar›s›, yak›t›n, yüksek s›cakl›k, radyasyon ve sald›rgan kimyasal ortamlar gibi sert çevre koflullar› alt›nda ifllenmesi ve imalat›n› mümkün k›lan malzemelerin seçimine ba¤l›. Fakat, nükleer enerjinin yak›t döngüsü maliyetinin, üretim maliyetinin sadece %20 kadar›n› oluflturmas›; ‘sürdürülebilirlik ve güvenlik’ ile ‘ekonomi ve güvenlik’ hedef ikililerinin birbirinden ayr› tutulabilmesi gibi bir esneklik sa¤l›yor. Yani, tek geçiflli döngüden daha maliyetli bir geliflkin yak›t döngüsü, toplam ekonomiyi ciddi flekilde etkilemeksizin, benimsenip gerçeklefltirilebilir.

Seçilen alt› sistemin özellikleri, özet olarak flöyle...

IV. Nesil Sistemler Gaz so¤utmal› H›zl› Reaktör (GFR): H›zl› nötron spektrumuna sahip.

Do¤urgan uranyum çevrimini ve aktinid yönetimini verimli bir flekilde baflaran kapal› bir yak›t döngüsü var.

Tüm aktinidlerin yeniden ifllenmesi için, santral alan›nda yak›t iflleme tesisi öngörülüyor. Bu tesis; geliflkin sulu, pirometalürji veya di¤er kuru iflleme süreçlerine dayal› olabilecek. Kullan›lm›fl yak›t›n santral alan›nda ifllenmesiyle, aktinitlerin tümü tekrar döngüye sokularak, uzun yar›lanma

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 15

ömürlü radyoaktif at›lar›n oluflumu asgariye indirilecek. Referans reaktörü 600MWt-288MWe kapasiteli. Helyumlu so¤utma sistemi, gelifltirilmifl veya gelifltirilmekte olan di¤er helyum so¤utmal› reaktörler gibi, 850°C ç›k›fl s›cakl›¤›nda çal›flacak ve yüksek ›s›l verim amac›yla, Brayton döngülü bir gaz türbinini do¤rudan döndürecek. Elektrik gücü yan›nda, termokimyasal yöntemle hidrojen üretimini ve süreç ›s›s› eldesini destekleyebilir.

Elektrik üretimi için helyum, bir gaz türbinini Brayton döngüsü çerçevesinde do¤rudan döndürüyor. Yak›t, fakirleflmifl uranyum yan›nda, fisil veya do¤urgan di¤er malzemeleri de içerebiliyor. Yüksek s›cakl›kta çal›flabilecek olan ve fizyon ürünlerini bünyesinde tutma yetene¤inin yüksek olmas› istenen yak›t tasar›mlar› aras›nda; kompozit seramik yak›t, ileri yak›t parçac›klar› veya seramik kaplamal› aktinit bileflikleri var. Kalp geometrisi ise, çubuk veya plaka fleklindeki yak›t gruplar›na veya prizma fleklindeki bloklara dayand›r›lacak. Yak›t elemanlar› ve yak›t döngüsü üzerindeki araflt›rmalar›n baflar›s›na ba¤l› olarak 2025’te devreye girebilir.

Kurflun so¤utmal› H›zl› Reaktör (LFR): H›zl› nötron spektrumu yan›nda, do¤urgan uranyum çevrimini ve aktinid yönetimini verimli bir flekilde baflaran kapal› bir yak›t çevrimine sahip. So¤utma ifllemini, kurflun veya ötektik kurflun-bizmut kar›fl›m›ndan

oluflan s›v› metal, do¤al konveksiyonla baflar›yor. Yak›t, fakir uranyum metal veya nitrattan olufluyor. Aktinitlerin tümü, bölgesel veya merkezi bir yak›t iflleme tesisi arac›l›¤›yla tekrar döngüye sokulacak. Birimlerin; geliflmekte olan ülkelerin küçük elektrik flebekelerinde kullan›lmak üzere fabrikada infla edilmifl 10-30 y›l ömürlü 50-150 MW’l›k ‘batarya’lardan, 300-400 MW’l›k modüler birimlere veya 1200 MWe’lik santrallara kadar çeflitli büyüklüklerde olmas› öngörülüyor. Halen ulafl›lm›fl bulunan 550°C’lik iflletme s›cakl›¤›n›n, malzeme araflt›rmalar›n›n baflar›s›na ba¤l› olarak 800°C’ye ç›kart›lmas› ve birimlerin böylelikle, termokimyasal hidrojen üretiminde kullan›lmalar›n›n mümkün hale getirilmesi düflünülüyor. Bu reaktör Rusya’n›n 40 y›ld›r denizalt›lar›nda kulland›¤›, U+Pu nitrid yak›tl› ve kurflun-bizmut so¤utmal› BREST h›zl› reaktör teknolojisine karfl›l›k geliyor. Fakat, IV. Nesil araflt›rma forumunun (GIF) bu teknoloji önerisi as›l, ABD’nin kurflun so¤utmal› STAR ve Japonya’n›n kurflun-bizmut so¤utmal› LSPR deneysel tasar›mlar›ndan kaynakland›. Sistem; flebeke gücü üretmenin yan›nda, hidrojen ve deniz suyundan içme suyu eldesine yönelik olarak tasarland›. Yak›t ve di¤er malzeme, paslanma kontrolü konular›nda ar-ge çal›flmalar›na gereksinimi var. 2025’de devreye girebilir.

Aral›k 2007

15 B‹L‹M ve TEKN‹K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 16

bir gaz türbinini yüksek verimle döndürüyor veya bir ‘ara ›s› de¤ifltiricisibuhar üreteci’ yard›m›yla, elektri¤in kojenerasyonuyla birlikte termokimyasal hidrojen üretimine imkan tan›yor.

Yak›t aç›s›ndan, U/Pu yak›t döngüsüne uyum sa¤layabilmek gibi baz› esnekliklere sahip olmakla birlikte, çevrimi aç›k. Yüksek verimle hidrojen üretebilme yetene¤i nedeniyle, ekonomik, yap›sal güvenlik özellikleri nedeniyle de güvenlik ve güvenilirlik aç›s›ndan olumlu de¤erlendiriliyor. Yak›t performans›nda iyilefltirme, yüksek s›cakl›k alafl›mlar›, elyaf takviyeli seramikler ve kompozit malzemeler, zirkonyum-karbid yak›t zarf› konular›nda araflt›rmagelifltirme gereksinimi var. Hidrojen üretimi için ufukta görünen en yak›n sistem bu. 2020’de devreye girebilir.

Sodyum so¤utmal› H›zl› Reaktör (SFR): H›zl› nötron spektrumuna ve do¤urgan uranyum çevrimi ile aktinid yönetimini verimli bir flekilde yapabilecek olan kapal› bir yak›t çevrimine sahip. Sekiz ülkenin geçen yar›m as›rda edinmifl oldu¤u 300 ‘reaktör-y›l’l›k deneyimine dayal› olan bu tasar›m, yak›t olarak fakirleflmifl uranyum kullan›yor.

Tam döngülü aktinit çevrimi için iki seçenek var: Uranyum, plutonyum, zirkonyum ve di¤er aktinitlerin, imalat› pirometalürjik süreçler gerektiren metal bir yak›ta kat›ld›¤› 150-500 MWe’lik bir tip ve konvansiyonel sulu iflleme tesislerinde yeniden iflleme tabi tutulan konvansiyonel MOX yak›tl› 500-1500 MWe’lik bir di¤er tip. Her ikisi için de, so¤utucu ç›k›fl s›cakl›¤› 550°C. Birincil sodyum devresi atmosfer bas›nc›nda çal›fl›rken, ikincil bir sodyum devresi elektrik üretimini mümkün k›l›yor. Ana araflt›rma konular›, yak›t çevrimi teknolojisi, sistem ekonomisi, pasif güvenlik garantisi. Oksit yak›t alan›ndaki mevcut deneyimler sayesinde, 2015’te devreye girebilir. Çok Yüksek S›cakl›kl› Reaktör (VHTR): Kayda de¤er deneyim birikimi bulunan grafit yavafllat›c›l› ve helyum so¤utmal› reaktörlere dayal› olan bu tasar›m, termal nötron spektrumuna ve tek geçiflli uranyum yak›t çevrimine sahip. Esas olarak, örne¤in kömürün gazlaflt›r›lmas› ve termokimyasal hidrojen üretimi gibi elektrik d›fl› uygulamalarda, yüksek s›cakl›kl› ›s›l süreçlerin h›zl› uygulanabilmesi için tasar›mB‹L‹M ve TEKN‹K 16 Aral›k 2007

lanm›fl. Ancak, sistem, elektrik jeneratörü birimlerinin ilavesiyle, kojenerasyona yöneltilebilir yap›da. Referans reaktörü 600MWe kapasiteli ve modüler.

Helyum so¤utmal› olup, kalp için iki seçenek sunuyor. Birincisi; Japonya’n›n HTTR, General Atomics’in gelifltirmekte oldu¤u Gaz Türbinli-Modüler Helyum Reaktörü (GT-MHR) veya Rusya’da gelifltirilen di¤er tasar›mlarda oldu¤u gibi; prizma fleklindeki bloklardan olufluyor. ‹kinci seçenek ise; Çin’in HTR-10 ve Güney Afrika’n›n uluslararas› ortaklar›yla beraber gelifltirmekte oldu¤u PMBR tasar›mlar›ndaki gibi; çak›l yata¤› fleklinde. 1000°C ç›k›fl s›cakl›¤›ndaki so¤utucu gaz; ya do¤rudan, Brayton döngüsüne dayal›

SüperKritik Su Reaktörü (SCWR): Bilinen hafif su reaktörlerine dayal› olup, onlar›n üçte bir kat› daha yüksek, %44’e varan ›s›l verim sa¤lamak üzere; suyun termodinamik kritik noktas›n›n üzerinde çal›flan, çok yüksek bas›nçl› suyla so¤utulan bir tasar›m.

250 atmosfer (25 MPa) ve 510550°C’deki süperkritik su, türbini; ikincil bir buhar sistemi olmaks›z›n, do¤urdan çeviriyor. Basit kaynar sulu reaktörlerinkine benzer, pasif güvenlik özellikleri var. Hem de so¤utucu faz de¤ifltirmedi¤inden, yap›s› görece basit. Yak›t olarak; aç›k yak›t döngüsü tercihiyle, zenginlefltirilmifl uranyum oksit kullan›yor. Fakat, aktinidlerin tümünün konvansiyonel yeniden iflleme

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 17

sürecine dayal› olarak tekrar döngüye sokulabildi¤i bir h›zl› reaktör olarak da infla edilebilir nitelikte. Bu ikinci tip üzerindeki araflt›rmalar›n ço¤u Japonya’da yap›lm›fl ve baflar›s›, h›zl› nötron spektrumuna dayan›kl› malzemelerin gelifltirilmesine ba¤l›. 2025’te devreye girebilir.

Ergimifl Tuz Reaktörü (MSR): Epitermal veya termal nötron spektrumuna, plutonyum ve di¤er aktinitlerin ve-

rimli kullan›m›na göre tasarlanm›fl, kapal› bir yak›t çevrimine sahip. Sodyum, zirkonyum ve uranyum floridlerinin kar›fl›m›ndan oluflan s›v› yak›t; grafit kalp kanallar›nda dolaflarak, termal bir nötron spektrumu vücut veriyor. Ergimifl tuzda üretilen ›s›, ara ›s› de¤ifltiricisinde ikincil so¤utucuya, buradan da bir di¤er ›s› de¤ifltiricisiyle güç üretim sistemine aktar›l›yor. Yak›t eleman› imaline gerek yok. Fizyon ürünleri sürekli olarak ay›klan›p, aktinidlerin tü-

mü tekrar döngüye sokulurken, yak›ta plutonyum ve U-238’le beraber di¤er aktinidler ilave edilebiliyor. MSR yak›t döngüsünün çekici özellikleri aras›nda; üst düzey radyoaktif at›klar›n sadece fizyon ürünlerini içermeleri nedeniyle daha k›sa yar›lanma ömürlü olmalar›; oluflan plutonyumdaki bask›n izotopun Pu-242 olmas› nedeniyle, bomba yap›m›na uygun fisil malzeme miktar›n›n azl›¤› ve pasif so¤utman›n tüm kapasite büyüklükleri için mümkün olmas› nedeniyle, görece yüksek kalp güvenli¤i say›labilir. Tasar›m›n bir di¤er üstünlü¤ü, örne¤in Frans›z üretken reaktörü için ‘milyar kWh’ bafl›na 50 kg toryum ve 50 kg U-238 olarak verilen, az yak›t kullan›m›.

Ergimifl tuz reaktörü 1960’larda ABD taraf›ndan, konvansiyonel h›zl› üretken reaktöre ana seçenek olarak gelifltirilmifl ve bir prototipi iflletilmiflti.

Fakat yak›n zamanlardaki çal›flmalar, içinde toryum ve U-233 yak›t› çözünmüfl olan lityum ve berilyum florid so¤utucu üzerinde yo¤unlaflt›. GIF’in referans sistemi 1000MWe güç düzeyinde olup, 5 atmosferin (0,5 MPa) alt›nda, görece çok düflük bas›nçlarda çal›fl›yor. So¤utucunun 700°C olan ç›k›fl s›cakl›¤› yüksek verim sa¤lamakta ve bunun, termokimyasal hidrojen üretimi amac›yla 800°C’ye ç›kart›lmas› düflünülüyor. Alt sistemlerinin say›ca fazla olmas› nedeniyle, ekonomikli¤i kuflkulu. 2025’te devreye girebilir.

Sonuç Böylesine büyük bir araflt›rma girifliminde güçlü bir uluslararas› iflbirli¤ine, hem genifl yer, hem de gereksinim var. Bu iflbirli¤inin esnek de olmas› gerekiyor. Kat›l›mc› ülkelerin uzmanlaflm›fl arafltr›ma ilgileri yan›nda, bu araflt›rmalar›n gerçeklefltirme maliyetlerinin yüksek olmas› nedenleriyle, baz› tasar›mlar kant›lanma aflamas›na ulaflamayabilir. Ulaflanlar, güvenli bir enerji gelece¤inin vazgeçilemez temel bileflenlerinden baz›lar›n› oluflturacak.

Prof.Dr. Vural Alt›n Kaynaklar: A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems, December 2002, Issued by the U.S. DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee and the Generation IV International Forum.

Pitcher, E., Chadwick, M., Esch, E., Haight, B., Hill, T., Rundberg, B., Talou, P., Kawano, T., Ullmann, J., Wender, S., Nuclear Cross Section Measurements within the Advanced Fuel Cycle Initiative, Los Alamos National Laboratory.

Aral›k 2007

17 B‹L‹M ve TEKN‹K

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 18

TAR‹HÇE Nükleer enerjinin sivil kullan›m›, ABD Baflkan› Dwight D. Eisenhower’in 1953 y›l›nda BM’de yapt›¤› ‘Bar›fl için Atom’ konuflmas›n›n ard›ndan bafllad›. ‹lk reaktörler 1950’li y›llar›n ortalar›nda, ABD, Rusya ve ‹ngiltere’de yap›ld›.

Tasar›ma göre proje ömürleri, fosil yak›t santrallar›nda oldu¤u gibi 40 y›l kadard›. Birim maliyetler yaklafl›k %80 oran›nda ilk yat›r›m, %20 oran›nda da yak›t giderlerinden oluflmaktayd›. Halbuki, fosil yak›t santrallar› için bu oranlar, hemen hemen tersineydi. Dolay›s›yla, nükleer santral bir kez kurulup, amortisman bedelleri ilk 5-10 y›lda ödendikten sonra; proje ömrünün kalan k›sm› boyunca üretim, düflük iflletme ve yak›t harcamalar›yla yap›lacakt›. Bu, birim ‘yaflam döngüsü maliyetleri’nin, alternatiflerine göre çok daha düflük olaca¤› anlam›na geliyordu. Ancak, fosil yak›t santrallar› 1-2 y›l içinde kurulabilirken, bir nükleer santral›n inflaat› 4-5 y›l gibi uzun bir süre gerektirmekteydi. Yat›r›m›n geri dönüflünü geciktiren bu k›s›t, bileflenlerin gecelik maliyetlerindeki belirsizli¤i artt›rd›¤› gibi, finans maliyetini de yükseltiyordu. Westinghouse ve GE firmalar› rekabete giriflip, 60’l› y›llarda sabit fiyatla anahtar teslimi proje önermeye bafllay›nca, bu riskler azald›.

Gerçi, ad› geçen temin edici firmalar bu operasyonlar›ndan büyük zarar edeceklerdi. Fakat, nükleer santrallar› fosil yak›t emsalleri gibi iflletebilece¤ini sanan küçük yerel güç üretim flirketleri bile, reaktör siparifli vermeye bafllad›lar. Teknoloji 1970’lerin bafllar›na kadar, baflta ABD olmak üzere, Bat›l› ülkelerde h›zla yay›ld›. Bu geliflmede, kamunun sa¤lad›¤› araflt›rma gelifltirme deste¤i ve teflvikleri de önemli rol oynad›.

Sektördeki büyümeyle birlikte artan yak›t talebinin, do¤al uranyum fiyatlar›n› yükseltece¤i beklentisi vard›. K›smen de bu yüzden, yak›t döngüsü bafllang›çta; kullan›lm›fl yak›t›n ‘yeniden ifllenmesi’ni ve içeri¤indeki uranyumla plutonyumun ayr›flt›r›l›p, ‘h›zl› üretken reaktörler’de tekrar kullan›lmas›n› öngören ‘kapal› yak›t çevrimi’ fleklinde tasar›mlanm›flt›. Böylelikle, hem do¤al uranyumun enerji potansiyeli daha verimli kullan›lacak, hem de sonuçtaki radyoaktif at›klar›n hacmi azalt›lm›fl olacakt›. Yak›t›n yeniden ifllenmesi ayr›ca, uzun yar› ömürlü çekirdekleri uzaklaflt›r›p yakt›¤›ndan, at›¤›n saklama süresini, aksi haldeki birkaç bin y›ldan birkaç yüzy›la indirmekteydi. At›k miktar› ve saklama süresinin k›salmas›, yönetimini kolaylaflt›ran hususlard›. Nihai depolaman›n, milyonlarca y›l süreyle de¤iflmeden kalabilen jeoloji katmanlar›nda yap›lmas› tasarland›. ABD’de bu amaçla, Nevada eyaletindeki Yucca Da¤› yer olarak seçildi.

1973 petrol krizinin varil fiyat›n› 2$’dan al›p 8$’a oturtmas›ndan sonra, genel enerji fiyatlar›nda, bileflik kaplar ilkesi gere¤i art›fllar yafland›. Fakat, izleyen y›llarda gelifltirilen tasarruf önlemleri sayesinde, Bat›l› ülkelerde B‹L‹M ve TEKN‹K 18 Aral›k 2007

Silindir fleklindeki koruma binalar›n›n içinde iki nükleer reaktör ünitesi ve arkada so¤utma kuleleri.

elektri¤e talep azald›. Ayr›ca, krizin Dünya çap›nda tetikledi¤i enflasyon ABD’de çift basamaklara ulafl›nca, nükleer santrallar›n ilk yat›r›m giderlerinin finans maliyeti artm›flt›. Öte yandan, üretim flirketleri uzmanl›k alanlar›n›n d›fl›nda olan bu tesisleri yönetmekte zorland›lar ve sektörün ortalama kapasite kullan›m faktörü düflük düzeylerde, örne¤in ABD’de %50’ler civar›nda kald›. Kar marjlar› düflerken, yeni siparifller azald›. Halbuki, kaynaklar› yetersiz olan Fransa, fosil yak›tlar aç›s›ndan d›fla ba¤›ml›l›¤›n› azaltma karar›yla, Westinghouse firmas›ndan lisanslad›¤› reaktör teknolojisini standartlaflt›rmaya yönelmiflti.

1974 y›l›nda Hindistan’›n ‘Gülümseyen Buda’ ad›n› verdi¤i ilk nükleer denemesini baflar›yla gerçeklefltirmesinden sonra, ABD yönetiminde, yak›t›n yeniden ifllenmesi konusunda tereddütler belirdi. 1977 y›l›nda, süreç s›ras›nda ayr›flt›r›lan plutonyumun, nükleer silah yap›m›n› kolaylaflt›raca¤› endiflesiyle, yak›t›n yeniden ifllenmesi yasakland›. Bu durumda, kullan›lm›fl yak›t›n tümünün at›k olarak depolanmas› gerekmekteydi. Bunun için, Nevada eyaletindeki Yucca Da¤›’n›n alt›nda bir galeriler sisteminin inflas›na karar verildi. ‹sveç ve ‹sviçre benzeri birer karar ald›lar. Fransa, ‹ngiltere, Almanya ve Japonya ise, yeniden iflleme seçene¤ini tercih etti.

Mart 1979’da, ABD'nin Three Mile Island nükleer santral›ndaki reaktörlerden birinin kalbi, daha önce yine ABD’deki askeri bir reaktörde (SL-1) yer alm›fl olana benzer flekilde, operatör hatas›ndan kaynaklanan ve olas› en kötü senaryoyu oluflturan ‘so¤utucu kayb› kazas›’ sonucunda eridi. Gerçi bas›nç tank› erimemifl ve kazan›n sonuçlar› koruma kab›n›n d›fl›na taflmam›flt›. Kaza s›ras›nda can kayb› olmad›¤› gibi, çevreye afl›r› miktarda radyasyon sal›nmad›. Fakat, bilindi¤i kadar›yla ilk kez, sivil halka yönelik bir ‘yapay radyasyon’ riski yaflanm›flt›.

Bat›l› ülkelerin genelinde, bu arada Güney Kore’de de, nükleer teknoloji uygulamalar› ve güvenlik denetimlerinde kapsaml› yeni düzenlemelere gidildi. Güvenlik sistemlerinde flart koflulan iyilefltirmeler, süregiden inflaatlar› yavafllat›p, yenileri için öngörülen lisanslama ve inflaat sürelerini uzatt›. Bunlar nükleer enerjinin rekabet gücünü azaltan geliflmelerdi. ‹ran’da ayn› y›l gerçekleflen devrim ve ard›ndan Irak’la 1980 y›l›nda bafllayan savafl, ikinci bir petrol krizine yol açt›. Varili 12$’dan

24$’a t›rmanan petrolün fiyat›ndaki mutlak de¤er art›fl›, 1973’tekinin iki misli kadard›. Nükleer enerji için yeni bir flans›n do¤du¤u san›ld›.

Daralan petrolün tüketiminin yerini alabilirdi.

Ama karfl›s›na güçlü bir rakip ç›kt›. Pompalama ve so¤utma tekniklerinde o zamana kadar kaydedilen geliflmeler, do¤al gaz›n uzun mesafelere naklini ekonomik hale getirmiflti. Bu yeniden keflfedilen eski yak›t›n, boru hatlar›yla da¤›t›m› ve baflta elektrik üretimi olmak üzere kullan›m›, tüm dünyada h›zla yay›ld›. Do¤al gaz›n birim enerji içeri¤i bafl›na fiyat›, eflde¤er düzeyde kullan›fll› ve daha temiz olmas›na karfl›n, petrole göre daha düflüktü. Dünya ekonomisi ikinci petrol flokunu biraz da bu sayede, görece kolay emebildi.

1986 y›l›nda Sovyetler Birli¤i'nin Çernobil nükleer santral›ndaki reaktörlerden birinde, kalp eriyip de bas›nç tank›n› patlat›nca, bu seferki kazan›n sonuçlar›, reaktörün bütünlük tafl›yan bir koruma binas›na da sahip olmamas› yüzünden, kontrol alt›nda tutulamad›. Oluflan radyasyon bulutu haftalarca, Türkiye dahil Avrupa üzerinde dolaflarak, ya¤›fllarla birlikte besin zincirine ulaflt›. Çernobil civar›ndaki en fazla kirlenen bölgelerde yaflayan 135.000’den fazla insan boflalt›l›p, yeniden yerleflime tabi tutuldu ve reaktör merkezli 30 km yar›çap›ndaki bir alan yasak bölge ilan edildi. Kaza, ciddi operatör kusurlar›n›n yan›nda, buradaki RBMK tipi reaktörlerin, düflük güç düzeylerinde karars›zl›¤a yol açabilen pozitif boflluk katsay›s›na sahip olan yap›s›ndan ve kontrol çubuklar›ndaki tasar›m hatas›ndan kaynaklanm›flt›. Kazadan sonra Sovyetler Birli¤i ile Bat› aras›nda, sivil nükleer güvenlik alan›ndaki iflbirli¤i gelifltirildi. Çernobil’deki üniteler kapat›ld› ve RBMK tipi di¤er reaktörlerde, Bat›’n›n asgari güvenlik standartlar›n› sa¤layacak de¤ifliklikler yap›ld›.

Kazan›n çevre etkileri izlemeye al›nd›.

Bu iki kazadan dolay›, nükleer endüstrinin güvenlik performans› a¤›r bir yara alm›flt›. Dikkatler üzerinde topland›. Geçmiflte, Bat›l› ülkelerdekiler de dahil olmak üzere, dünyan›n çeflitli yerlerindeki yüzlerce nükleer santralde, ço¤u önemsiz olmakla birlikte, onlarca radyasyon s›z›nt›s› olmufltu. Bu s›z›nt›lardan baz›lar›n›n zaman›nda gizlenmeye çal›fl›lm›fl oldu¤u ortaya ç›k›nca, sektöre karfl› güven iyice sars›ld›.

Genifl kamuoyu kesimlerinin nezdinde, nükleer reaktörler atom bombalar›yla özdefllefltirilmeye ve radyasyon riski, biraz da görünmez bir tehdit oluflturmas› nedeniyle, abart›l› bir flekilde alg›lanmaya baflland›. Nükleer enerji teknik bir konu olmaktan uzaklafl›p, büyük oranda siyasallaflt›. Bat›l› ülkelerdeki gösteri, direnifl ve davalar, bafllanm›fl olan santral inflaatlar›n›n devam›n› zorlaflt›rd›. Bu projelerin sahibi olan üreticiler, a¤›r finans yüküyle karfl› karfl›ya kald›lar. ABD’de 1988 y›l›nda, 1929’deki Büyük Kriz’den beri ilk kez bir kamu güç üreticisi iflas etmiflti. Küçük ölçekli nükleer üreticiler, santrallar›n› uygun fiyatla, büyük flirketlere satmaya bafllad›lar. Bu arada enerji piyasalar›na getirilen serbestlefltirme dalgalanmalara yol

ek4nesilNukleer

27/11/07

11:08

Page 19

aç›nca, bir de fiyat belirsizli¤iyle karfl›laflan yat›r›mc›lar sektörden uzaklaflt›. Yeni siparifller tümüyle dururken, eskilerin ço¤u iptal edildi. ‹talya, Almanya ve ‹sveç, nükleer üretimden çekilme karar› ald›lar.

Sektördeki duraksama, do¤al uranyum fiyatlar›n›n beklendi¤i gibi artmay›p, tersine düflmesine yol açt›. Bu durumda, yak›t› daha verimli kullanan kapal› çevrime yönelmek ve h›zl› reaktör teknolojisini gelifltirmek, ekonomik olmaktan uzaklaflt›. Yak›t›n yeniden ifllenmesi yerine, hafif sulu reaktörlerde bir kez kullan›ld›ktan sonra at›k say›lmas›n› öngören ‘tek geçiflli yak›t döngüsü’ yayg›nlaflt›. ‘H›zl› üretken’ reaktör program›, karfl›lafl›lan baz› teknik sorunlar›n da etkisiyle ask›ya al›nd›. Öte yandan ABD’de, kullan›lm›fl yak›t›n nihai depolanmas› için Yucca Da¤›’nda yap›m› planlanan tesisin inflas›, kamuoyundaki tart›flmalar devam etti¤inden ertelendi. Nihai depolamaya geçilemeyince, kullan›lm›fl yak›tlar reaktörlerin bekletme havuzlar›nda birikti. Bu havuzlar›n kapasitesi, yeniden iflleme düflüncesiyle geçici depolama için tasarlanm›fl olduklar›ndan, düflük tutulmufltu. Baz›lar› dolmaya bafllay›nca, soruna çözüm bulunmas› gerekti. En eski yak›tlar›n üretti¤i bozunma ›s›s›, aktiviteleri art›k azalm›fl oldu¤undan, havan›n do¤al tafl›n›m›yla so¤utulabilecek düzeylere inmiflti. Havuzlardan ç›kart›l›p beton bloklara gömüldükten sonra santral alanlar›nda kuleler halinde dikilerek saklanmalar›na baflland›. Kimyasal tepkimelerin milyon kat› düzeyinde yo¤un enerji üreten ve temelde bu nedenle dikkatli yönetilmesi gereken nükleer teknoloji, h›zl› büyüme dönemindeki tökezlemesinin ard›ndan gelen duraksama döneminde sorunlar›n› halle yöneldi. Bu sürece, fosil yak›tlar cephesinde yaflanan geliflmeler de yard›mc› oldu...

Do¤al gaz ticareti a¤›rl›kl› olarak, boru hatlar›yla birbirine ba¤lanabilen yak›n co¤rafyalar aras›nda yap›labildi¤inden, petrolünki gibi dinamik ve bütünleflik bir Dünya piyasas›na sahip olamad›. Uzun vadeli anlaflmalarla belirlenen fiyat›, petrolü hep geriden izlemekle beraber, ona endeksli olarak artt›. ABD’de, marjinal üretime karfl›l›k gelen ‘zirve yük talebi’ art›k bu yak›tla karfl›lanmaktayd›. Dolay›s›yla, do¤al gaz sektörün fiyat belirleyicisi haline geldi ve pahal›laflt›kça, elektrik fiyatlar› yükseldi.

Halbuki, nükleer santrallar›n amortisman bedelleri art›k ödenmifl, üretimin birim maliyetleri 1,7 c/kWs’e kadar inmiflti. Bu durum dev üretim birimlerini, %200’e varan marjlarla çal›flan kar makinalar› haline getirdi. ‹fltahlar› kabaran, ancak yeni santral da kuramayan büyük nükleer elektrik üreticileri 1990’lar›n bafllar›n-

da; güvenlik önlemlerini artt›rmak ve iflletme yöntemlerini gelifltirmek suretiyle, ellerindeki reaktörlerle daha fazla üretim yapmaya yöneldiler. Karl›l›klar›na s›rt verip, ölçeklerinin ekonomisinden de yararlanarak, bunu baflard›lar. Bak›m, onar›m ve yak›t de¤ifltirme süreleri k›salt›ld›. Üretimde gereksiz kesintilere yol açan ola¤an d›fl› durumlar›n say›s› azalt›ld›. Bu sayede, 1990-2003 y›llar› aras›nda, ortalama kapasite faktörü %66’dan %91’e ç›karken, üretim art›fl› 23.000 MWe güç eflde¤erine ulaflt›.1 Bu durum, 103 reaktörlük filonun 98.000 MWe’lik üretim kapasitesini, 1000’er MWe gücünde 23 reaktör ilave edilmiflçesine geniflletmifl oldu. Sonuç olarak, kWs bafl›na iflletme maliyetleri ayn› dönemde %44 azald›. Benzeri geliflmeler di¤er Bat›l› ülkelerde ve Güney Kore’de de yafland›. Bu nedenledir ki, 1990’lardan sonra; Dünya’daki kurulu nükleer güç, ço¤unlukla geliflmekte olan ülkelerdeki ilavelerle, y›lda sadece %1 oran›nda artarken, nükleer elektrik üretimi y›lda %23 artarak, Dünya toplam elektrik üretimindeki %16 pay›n› koruyabildi. Bu süreç, III. Nesil tasar›mlar›n evrimine yol açt›.

Bu arada, yine 1990’l› y›llarda bafllayan, fosil yak›t kaynakl› sera gazlar›n›n küresel ›s›nmaya yol açt›¤› yönündeki endifleler, bilimsel kan›tlardaki art›flla birlikte yo¤unlaflt›. Bat›l› ülkeler yenilenebilir enerji kaynaklar›na yöneldiler. Rüzgar gücü ekonomik hale gelip, düflük bir tabandan bafllam›fl olmakla birlikte, h›zla büyüdü. ‹klim de¤iflikliyle ilgili uluslararas› anlaflman›n temelini oluflturan Kyoto Protokolu, Rusya’n›n da imzalamas›n›n ard›ndan, fiubat 2004’te ifllerlik kazand›. Anlaflman›n baflar›l› olup olmayaca¤› bilinmiyor. Ancak baflar›l› olabilmesi için, nükleer enerjiye gereksinim var...

Kyoto Protokolu’nu imzalam›fl olan Bat›l› ülkeler, yükümlülüklerini yerine getirebilmek ve gerçekleflti¤i takdirde emisyon ticaretinden zarar görmemek için, fosil yak›t ba¤›ml›l›klar›n› azaltmakta kararl›. Bu yönelifli zorlayan bir baflka etken, fosil yak›tlar›n Dünya’n›n istikrars›z co¤rafyalar›ndaki ülkelerin elinde olmas›.

Bu durum, temin güvenli¤i aç›s›ndan risk olarak alg›lan›yor. Halbuki uranyum kaynaklar›n›n ço¤u, Kanada ve Avusturalya gibi istikrarl› ülkelerde. Öte yandan, bu ülkelerin II. Dünya Savafl›’ndan beridir baflard›klar› refah art›fl›n› omuzlam›fl olan eski güç santrallar›, ömürlerini doldurmak üzere. Hakim olan yaflam biçimlerinin ayakta tutulabilmesi için, yenilenmeleri laz›m.

Ayr›ca, kentlerdeki hava kirlili¤i ve gürültünün azalt›lmas›na yönelik olarak gelifltirilen elektrikli hibrid tafl›ma araçlar›n›n yayg›nlaflmas› halinde, talebin artmas› kaç›n›lmaz. Bu gereksinimlerin, en az›ndan görünür gelecekte, sadece yenilenebilir enerji kaynaklar›yla karfl›lanmas› mümkün görünmüyor. Dolay›s›yla, Bat›l› ülkeler bu kaynaklar› gelifltirmeye devam eder-

ken, bir yandan da kesintisiz ve s›f›r emisyonlu bir güç kayna¤› oluflturan nükleer enerjiyle desteklemek zorunda.

Nitekim, Finlandiya, Olkiluoto santral alan›nda 5. reaktörünü kuruyor. ‹nflaat, gecikmelere ve maliyet art›fllar›na karfl›n devam etmekte.

ABD, Kyoto Protokolu’nu imzalamam›fl olmas›na ra¤men, yeni nükleer santrallar kurma karar› ald›. Üreticilerin gelecek y›l, 12 ünitenin yap›m› için lisans baflvurusunda bulunmas› bekleniyor. Bu arada, ABD ve Almanya’da, 25-30 y›l olarak tasarlanm›fl olan baz› nükleer santrallar›n proje ömürleri 30-40 y›la uzat›ld›. Almanya ve ‹sveç, nükleer üretimden çekilme kararlar›n› gözden geçirme sürecinde.

Ancak, al›nan kararlar›n baflar›yla uygulanabilmesi için, kamuoylar›n›n nükleer teknolojinin sundu¤u risklerin kabullenilebilir düzeyde oldu¤una kanaat getirmesi laz›m. Özellikle de, Çernobil benzeri bir kazan›n bir daha asla yer almayaca¤›na... Çünkü, IAEA ve Dünya Sa¤l›k Örgütü’nün bafl›n› çekti¤i ‘Chernobil Forumu’ taraf›ndan 2005 y›l›nda aç›klanan kapsaml› bir inceleme raporuna göre2, kazan›n maddi faturas› 100 milyar dolar› aflm›fl durumda. Yine de, insan sa¤l›¤› aç›s›ndan sonuçlar›, ilk elde korkuldu¤u kadar büyük olmad›. Kaza ile do¤rudan ba¤lant›l› ölümlerin say›s›, 2005 y›l› ortas› itibariyle, 47’si ilk müdahaleyi yapanlar›n aras›ndan olmak üzere, 56. Uzun vadede; yeniden yerleflime tabi tutulan nüfustaki ömür boyu kanser vakalar›n›n %3 oran›nda artmas› ve en fazla radyasyona maruz kalm›fl olan 6,6 milyon kifliden 4.000 kadar›n›n, radyasyon kökenli kanser ölümüyle karfl›laflmas› bekleniyor. Bu say› Çin’de halen, resmi istatistiklere göre kömür madenlerinde bir y›lda ölenlerin say›s›ndan az. Öte yandan, kontrol grubunun dörtte biri zaten, Çernobil kökenli radyasyondan kaynaklanmayan, ‘kendili¤inden oluflan kanser’ler nedeniyle öldü¤ünden, gelecekteki kanser vakalar› aras›nda kazaya ba¤l› olanlar› belirlemenin zor olaca¤› düflünülüyor.

Gerçi, Bat› tipi bir nükleer santralda reaktör kalbinin erimesi dahi, kazan›n sonuçlar› ‘koruma binas›’na hapsolmufl olaca¤›ndan, sivil yaflam için ciddi tehdit oluflturmaz. Fakat böyle bir kaza, örne¤in 1000 MWe’lik bir santral ünitesinin maliyeti 2-2,5 milyar dolar düzeyinde oldu¤undan, a¤›r maddi zarara yol açar. Üreticiler de bunun fark›ndalar. Dolay›s›yla, reaktör sistemlerinin ‘kendili¤inden güvenli’ hale getirilmesine çal›fl›l›yor. Halen Bat›’da uygulanan nükleer güvenlik (NRC) kurallar›na göre, reaktör tasar›mlar›, kalbin erime veya hasar görme olas›l›¤›n›n “10.000 çal›flma y›l›nda 1’den az” olmas›n› sa¤lamak zorunda. Fakat ço¤u nükleer santral iflleticisi flimdiden, “100.000 çal›flma y›l›nda 1’den az” k›s›t›n› kullan›yor. fiimdiki önde gelen tasar›mlar “1 milyon çal›flma y›l›nda 1’den az” k›s›t›n› sa¤lamakta. Üzerinde çal›fl›lan IV. Nesil tasar›mlar ise, “10 milyon y›lda 1”i hedefliyor.

1EIA, 2In

http://www.eia.doe.gov/cneaf/nuclear/page/analysis/nuclearpower.html Focus. Chernobyl, IAEA Raporu, 2006.

Aral›k 2007

19 B‹L‹M ve TEKN‹K